JP2011029918A - クロック同期システムと通信装置と方法とプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】クロックスレーブ側装置において、正確に同期クロックが得られているのか否かを確証可能とする。
【解決手段】スレーブ側装置１００は、同期情報検出部１０においてマスタ側装置からのタイムスタンプ情報と関連付けを行い、計算／判定部２０は、今回受信したタイムスタンプ情報と前回までの受信された少なくとも一つのタイムスタンプ情報と、同期情報の送信周期情報とに基づき、ネットワークの遅延・処理時間の揺らぎに関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、前記条件を満たしている場合に、クロック同期手法機能部３００は、該同期情報を基に算出したクロック補正値によりクロック補正を行う。計算／判定部２０で、前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回受信した同期情報を廃棄し、クロック同期手法機能部３００は、前に受け取った同期情報を基に算出したクロック補正値を用いてクロック補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、クロック同期技術に関し、特に通信ネットワークにおけるクロック同期装置と方法、プログラムに関する。

ネットワーク上でのクロック同期は、ネットワークの輻輳状況による遅延時間や装置インタフェース部での処理時間のゆらぎ等の影響を受ける。マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置と、マスタクロックを基準に自装置のクロックを同期させるクロックスレーブ側装置との間に無線経路を持つ場合、ゆらぎの幅も大きく、安定していることの方が稀な場合がある。そのような状態で、クロックスレーブ側装置にて受信した同期情報を、そのままクロック同期補正動作を行うと、補正値にゆらぎ成分が重複することになり、正しくクロック同期できない事態が発生する。

例えば特許文献１（特開２００３−１９８５１９号公報）には、複数の参照クロックが存在し、それらを切り替えて参照する場合、それぞれ参照クロックの位相は必ずしも同期していないため、参照クロック切り替え時に生成クロックは切り替わった参照クロックの位相に追従しているという課題に対して、参照クロックの周波数を計測する周波数計測部と、出力するクロックを参照クロックの周波数に合わせるための周波数調整部とを有し、参照クロックの周波数を基準に生成クロックを同期させることにより、生成クロックの位相の遷移をなくし、データスリップが発生しないクロック生成方法とし、参照クロックを複数回切り替えても生成クロックの位相の遷移が発生しないものとした方法が開示されている。

また特許文献２（特開２００７−２７４６１２号公報）には、外部からの基準周波数信号の信号レベルを監視し、その信号レベルが設定範囲内であるときには、位相差データ作成手段により作成された位相差に関するデータを用いてＰＬＬ制御を行うが、前記信号レベルが設定外れたときには、信号の供給が停止あるいは異常が起きたものと認識して記憶部に記憶されている位相差に関するデータ、例えば蓄積している最新のデータあるいは予め作成しておいたデータに切り替えてＰＬＬ（位相同期ループ）制御を行うＰＬＬ装置が開示されている。

さらに特許文献３（特開２００４−１８６８７７号公報）には、周期的にクロックを生成するクロック生成器と、この生成されているクロックに関する情報を通知する同期メッセージを生成する同期メッセージ生成部と、同期メッセージをＩＰパケットとして各ノードに対して送信するＩＰパケット送信処理部と、同期メッセージを各ノードにおいて受信するＩＰパケット受信処理部と、同期メッセージを受信した時刻を取得する送受信時刻算出部と、送受信時刻算出部が取得した受信した時刻と、同期メッセージにより通知されたクロックに関する情報とに基づいてクロック補正値を算出し、このクロック補正値に基づいて、ノードにおけるクロックを補正するクロック補正処理部とを有する無線アクセスネットワークシステム、無線通信方法、同期サーバ及びノード装置が開示されている。

そして特許文献４（特開２００８−１７７９１３号公報）には、スレーブ側装置は、送受信間隔比較部で受信パケットにスレーブ側装置の時刻情報と受信パケットが含む順序情報とを設定し、この受信の時刻情報と順序情報とパケットが含む送信の時刻情報と順序情報とを基に、少なくともパケットの到達順序の入れ替わりおよび欠落のいずれかを調べて、この結果に応じた制御で送信と受信の時刻情報の間隔を算出し、算出した送信と受信の時刻情報の間隔の差を送受信の時刻情報間隔として算出し、平滑化部で調査結果に応じた制御により算出した値に対応する送受信の時刻情報間隔にわたりパケットを平滑化して、調べたパケットの前後のパケットが含むズレを補正する通信装置およびクロック再生方法が開示されている。

特開２００３−１９８５１９号公報 特開２００７−２７４６１２号公報 特開２００４−１８６８７７号公報 特開２００８−１７７９１３号公報

以下に本発明による関連技術の分析を与える。

パケットネットワークのような非同期ネットワーク上でのクロック同期手法において、クロック同期情報を極短周期で送受することは、ネットワーク全体の輻輳を招くことから好ましいものとされていない。このため、例えば秒オーダーでクロック同期情報の更新が行われている。この場合、クロックスレーブ側装置において、常時、マスタクロックの周波数を監視するということは不可能である。

またクロックスレーブ側装置において、信号レベル（クロックマスタ装置からの受信信号のレベル）を監視するだけでは、経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎやクロックマスタ側装置での処理時間の揺らぎ等を検出することはできない。このため、クロックスレーブ側装置において、同期クロック生成時に、この揺らぎ成分が残留することになる。したがって、クロックスレーブ側装置において、正確に同期クロックが得られているのか否かを確証することはできない。

本発明の目的は、クロックマスタ側装置からクロックスレーブ側装置への同期情報の有効／無効性を判断可能とし、同期情報の送信周期を、例えば極短時間から秒オーダー等の広範囲化を可能とするシステム、装置、方法、プログラムを提供することにある。

本発明によれば、マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置と、前記クロックマスタ側装置とネットワークを介して接続されるクロックスレーブ側装置と、を備え、前記クロックスレーブ側装置は、前記クロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出部と、
今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
前記条件を満たしていると判定した場合に、クロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定部を備え、
前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部から与えられた同期情報を用いてクロック同期を行うクロック同期システムが提供される。

本発明によれば、マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置とネットワークを介して接続されるクロックスレーブ側装置が、前記クロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行い、
今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
前記条件を満たしていると判定された場合に、今回検出された同期情報を用いてクロック同期を行い、前記条件を満たしていないと判定された場合には、今回検出された同期情報を廃棄する、クロック同期方法が提供される。

本発明によれば、クロックスレーブ側装置を構成するコンピュータに、
マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出処理と、
今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
前記条件を満たしていると判定した場合に、
同期情報を用いてクロック同期を行うクロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、
前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定処理と、
を実行させるプログラムが提供される。本発明によれば、上記プログラムを記録したコンピュータで読み出し可能な記録媒体も供給される。

本発明によれば、マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置からネットワークを介して送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の自装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出部と、
今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
前記条件を満たしていると判定した場合に、クロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定部と、
を備え、前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部から与えられた同期情報を用いてクロック同期を行う通信装置が提供される。

本発明によれば、クロックマスタ側装置からクロックスレーブ側装置への同期情報の有効／無効性を判断可能とし、同期情報の送信周期は、例えば極短時間から秒オーダーまで広い範囲にまで適用可能である。

本発明の一実施例の構成を示す図である。 本発明の一実施例の動作を示す図である。 本発明の別の実施例の動作を示す図である。

はじめに本発明の原理を説明する。本発明によれば、クロックマスタ側装置からクロックスレーブ側装置への同期情報の送信周期性を利用して、同期情報の有効／無効性を判断する。本発明においては、同期情報の送信周期は、例えば極短時間から秒オーダーまでというように広範囲に適用できる。本発明によれば、このように送信周期を監視するために、ネットワークの状況変化によって遅延時間が急激に変化し、その後、安定化した場合でも、同期情報の有効／無効性の判定式の初期化を行わずに、容易に追従が可能である。かかる作用効果は、単に、遅延時間の大小を監視する仕組みでは奏することはできない。

本発明によれば、経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎやクロックマスタ側装置での処理時間の揺らぎを検出する構成としたことにより、揺らぎ成分を含んだ同期情報を破棄し、揺らぎ成分のない正確な同期情報だけを基に、同期クロックを得ることができる。また、仕組み自体も、簡易化（シンプル）を可能としており、実装も容易である。

本発明は、パケットネットワークのような非同期ネットワーク上でのクロック同期に適用して好適とされる。以下の実施形態においても、パケットネットワークへの適用例を説明する。本発明においては、悪いネットワーク状況でも、正確な同期情報を抽出できるようにしている。

本発明の一態様において、クロックスレーブ側装置の同期情報検出部（１０）は、クロックマスタ側装置同期情報出力部（２００）から送信された通信情報から、ロック用の同期情報を検出する。同期情報検出部（１０）は、同期情報を、該同期情報を検出した時点の自装置における時刻情報（タイムスタンプ情報）と関連付けて、計算／判定部（２０）へ転送する。

計算／判定部（２０）は、同期情報検出部（１０）から受け取った同期情報の検出時刻情報と、以前に検出された同期情報の検出時刻情報と、同期情報の送信周期時間情報と、を用いて、ネットワーク上で発生する遅延時間／処理時間の揺らぎを算出する。計算／判定部（２０）は、揺らぎの算出結果から、ネットワークが安定していると判断した場合に、今回検出した同期情報を、クロック同期の調整（クロック補正）を行うクロック同期手法機能部（３００）へ転送する。

クロック同期手法機能部（３００）は、計算／判定部（２０）から与えられた同期情報に基づき、クロックの補正を行う

このようにして、本発明では、ネットワークが安定している状態におけるクロック同期情報を選択的に抽出可能としている。その結果、ネットワーク上での遅延時間のゆらぎや輻輳の発生に影響を受けず、クロック同期手法機能部（３００）では、信頼できる同期情報を基に、当該クロックスレーブ側装置（１００）におけるクロックの補正（タイミング調整）を行うことが可能となり、クロックマスタ側装置とネットワーク上でのクロック同期を行う。

本発明によれば、多くのネットワーク上でのクロック同期方式において、クロックマスタ側装置からクロックスレーブ側装置への同期情報の送信間隔が周期的であることを利用し、同期情報の送信周期性から外れた同期情報を抽出した場合、これを破棄することで、クロックスレーブ側装置（１００）のホールドオーバ機能への遷移を誘導する。

クロック同期手法機能部（３００）では、計算／判定部（２０）で同期情報が廃棄された場合には、計算／判定部（２０）から、前回受け取った同期情報を用いたクロック補正をそのまま続ける。

かかる構成により、クロックスレーブ側装置（１００）において、ネットワーク遅延等のゆらぎ成分が大きい同期情報を破棄し、安定したネットワーク下での同期情報が選択的に抽出され、クロック同期補正値を計算することができる。この結果、安定して正しいクロック同期補正値を得ることができる。以下実施形態に即して説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。図１を参照すると、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００と、クロックスレーブ側装置１００と、クロック同期手法機能部３００を備えている。クロックスレーブ側装置１００は、同期情報検出部１０と、タイムスタンプ生成部１１と、発振器１２と、計算判定部２０と、タイムスタンプ情報格納部２１と、同期周期情報格納部２２を備えている。

同期情報検出部１０は、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置を結ぶパケットネットワークにおいてクロックスレーブ側装置１００側に配置される。

同期情報検出部１０は、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００からクロックスレーブ側装置１００へ送信される通信情報を監視し、クロック同期に用いられる同期情報のみを検出する。

同期情報検出部１０は、同期情報を検出した場合、タイムスタンプ生成部１１から同期情報の検出時刻情報を読み出す。そして、同期情報に、該同期情報の検出時刻情報を関連付けて計算／判定部２０へ伝達する。

タイムスタンプ生成部１１は、発振器１２からのクロック信号を基に、現在時刻を示すタイムスタンプ情報を生成する。

発振器１２は、ある一定の周波数を持つクロック信号をタイムスタンプ生成部１１に伝達する。

計算／判定部２０は、同期情報検出部１０からの同期情報とそれに関連付けられた検出時刻情報を受け取ったことをトリガに、タイムスタンプ情報格納部２１と同期周期情報格納部２２から、１つ前に届いた同期情報の検出時刻情報と、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００から出力される同期情報の送信周期情報を読み出す。

計算／判定部２０は、今回検出された同期情報の検出時刻と、１つ前に検出された同期情報の検出時刻情報を基に、今回の同期情報が同期情報送信周期の条件に鑑みて有効であるか無効であるかを判断する（この条件は、以下の式（１）等を参照して後述される）。

計算／判定部２０で有効と判断された場合には、計算／判定部２０は、同期情報検出部１０からの同期情報を、クロックスレーブ側装置１００に搭載されているクロック同期手法機能部３００へと伝達する。

計算／判定部２０において、同期情報が無効と判断された場合には、同期情報検出部１０からの同期情報を破棄される。

また計算／判定部２０での同期情報の有効性の判定終了後、同期情報の有効／無効の判定結果を問わず、同期情報に関連付けられている検出時刻情報は、タイムスタンプ情報格納部２１に格納される。

タイムスタンプ情報格納部２１は、レジスタを備えている。タイムスタンプ情報格納部２１は、計算／判定部２０からのデータ読み出し要求に応じて格納されている１つ前の同期情報の検出時刻情報を計算／判定部２０へ伝達する。タイムスタンプ情報格納部２１は、計算／判定部２０からのデータ書き込み要求に応じて、現時点の同期情報の検出時刻情報を格納する。

同期周期情報格納部２２は、レジスタを備えている。同期周期情報格納部２２には、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００からクロックスレーブ側装置１００へ送信される同期情報の一定の送信周期が格納されている。同期周期情報格納部２２は、計算／判定部２０からのデータ読み出し要求に応じて、格納されている同期情報の送信周期を、計算／判定部２０へ伝達する。

クロックマスタ側装置同期情報出力部２００は、クロックマスタ側装置に搭載される。クロックマスタ側装置同期情報出力部２００は、クロック同期手法機能部３００でのクロック同期に用いられる同期情報を、自身の内部クロックから抽出し、クロックスレーブ側装置に対して出力する。

クロック同期手法機能部３００は、クロックスレーブ側装置１００内または外付けで接続される。クロックマスタ側装置からの同期情報を基に、クロックスレーブ側装置のクロックを修正し、クロックスレーブ側装置１００のクロックをクロックマスタ側装置のクロックに同期させる動作を行う。クロック同期手法機能部３００は、最新の同期情報を基に算出したクロック修正値を新たな同期情報が入力されるまで保持し続ける。

クロック同期手法機能部３００は、同期情報が途切れた場合にも、保持されたクロック修正値を基に、クロック補正を行うホールドオーバ機能を持つ。

図２は、本実施形態の動作を示すタイムチャートである。図１及び図２を参照して本実施形態の動作を説明する。

図２において、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００から、パケットネットワークを介して、マスタクロック情報を含む同期情報（Ａ）が、クロックスレーブ側装置１００の同期情報検出部１０に与えられる（Ｓ１）。

同期情報検出部１０は、同期情報（Ａ）を検出したことをトリガに、その検出時刻情報を読み出す（Ｓ２）。

同期情報検出部１０は、同期情報（Ａ）に、読み出した検出時刻情報を関連付けて、計算／判定部２０へ供給する（Ｓ３）。

計算／判定部２０は、同期情報検出部１０からの情報が入力されたことをトリガに、１つ前に届いた同期情報の検出時刻情報と、同期情報の更新周期情報を読み出す。そして計算／判定部２０は、入力された各情報を基に、同期情報の有効性／無効性を判断する（Ｓ４）。

本実施形態の場合、以下の式（１）が成立するか否かを計算し判定する。

（同期情報の更新周期）＝（同期情報（Ａ）の検出時刻）−（１つ前に届いた同期情報の検出時刻） ・・・（１）

上式（１）の等式が成り立つ場合、予め定められた周期通りに、クロックスレーブ側装置へと同期情報が到着していることになるため、同期情報が経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎやクロックマスタ側装置での処理時間の揺らぎが無い安定した状態であると推定できる。

式（１）の計算の結果、同期情報（Ａ）が信頼できると判定された場合、計算／判定部２０は、同期情報（Ａ）を、クロック同期手法機能部３００へ与える（Ｓ５）。

また、同期情報（Ａ）の検出時刻を、新たにタイムスタンプ情報格納部２１に格納し（Ｓ６）、次に同期情報が入力された際に、１つ前に届いた同期情報の検出時刻として使用する。

同期情報（Ａ）が与えられたクロック同期手法機能部３００は、同期情報（Ａ）を基に、クロックスレーブ側装置のクロックとクロックマスタ側装置とのクロックのズレを算出する（Ｓ７）。

そして、クロック同期手法機能部３００は、算出したクロック補正値を用いて自装置のクロックを補正し（Ｓ８）、クロックマスタ側装置と自装置のクロックを同期させる。

次に、本実施形態において、経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎやクロックマスタ側装置での処理時間の揺らぎによって、クロックスレーブ側装置への入力が予め定められた周期通りでなかったと仮定した同期情報（Ｂ）の場合について説明する。

クロックマスタ側装置同期情報出力部２００から、パケットネットワークを介して、マスタクロック情報を含む同期情報（Ｂ）が、クロックスレーブ側装置１００の同期情報検出部１０に与えられる（Ｓ１１）。

同期情報検出部１０は、同期情報（Ｂ）を検出したことをトリガに、同期情報（Ｂ）の検出時刻情報を読み出す（Ｓ１２）。

同期情報検出部１０は、同期情報（Ｂ）に、読み出した検出時刻情報を関連付けて、計算／判定部２０へ供給する（Ｓ１３）。

計算／判定部２０は、以下の式（２）が成り立つか否かを判定する（Ｓ１４）。

（同期情報の更新周期）＝（同期情報（Ｂ）の検出時刻）−（同期情報（Ａ）の検出時刻）
・・・（２）

上記仮定より、この式（２）は成立しない。このため、計算／判定部２０は、同期情報（Ｂ）は信頼できないと判定して破棄する（Ｓ１５）。計算／判定部２０は、同期情報（Ｂ）を、クロック同期手法機能部３００に供給しない。

計算／判定部２０は、同期情報（Ｂ）の検出時刻のみを、新たにタイムスタンプ情報格納部２１に格納する（Ｓ１６）。次に、タイムスタンプ情報格納部２１に格納された検出時刻は、クロックマスタ側装置同期情報出力部２００から、同期情報が入力された際に、１つ前に届いた同期情報の検出時刻として利用される。

クロック同期手法機能部３００は、新たな同期情報が入ってこないため、過去の同期情報（Ａ）を基に算出したクロック補正値を用いて、自装置のクロックを補正し続けるホールドオーバ機能を行う。

かかる動作により、クロックスレーブ側装置１００はマスタクロック側装置から、経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎや、マスタクロック側装置を含むパケットネットワーク上の入出力装置での処理時間の揺らぎによって生じる誤った同期情報を基にクロック補正を行うことを防ぎ、入出力装置やパケットネットワークが安定した状態での信頼できる同期情報のみを抽出してクロック同期を行うことが可能となる。

＜具体例＞
ここで、本発明の一実施例として、図１の同期情報検出部１０において、通信情報から同期情報を検出する一具体例について説明する。本発明を特に制限するものではないが、この具体例では、クロックマスタ側装置、クロックスレーブ側装置はともにパケットネットワーク上でのレイヤ２スイッチの中継装置に適用した例について説明する。これらの装置間は、ＩＥＥＥ（ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ， Ｉｎｃ．）８０２．３で定義されているＥｔｈｅｒｎｅｔ（イーサネット：登録商標）フレームが送受される。Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームのヘッダには、宛先（ＭＡＣ）アドレス・フィールド（６オクテット）、送信元（ＭＡＣ）アドレス・フィールド（６オクテット）、データ部がどのような種類（プロトコル）のデータであるか（フレーム・タイプ）を示すタイプ・フィールド（「ＥｔｈｅｒＴｙｐｅ」という）（２オクテット）が含まれ、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム受信時に、これらのアドレスを読み出すことで、そのＥｔｈｅｒｎｅｔフレームの中継先を判断する。クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置とで同期情報を含むパケットのＥｔｈｅｒＴｙｐｅを取り決めておくことで、クロックスレーブ側装置がＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム受信時、ヘッダのＥｔｈｅｒＴｙｐｅを読み出すことで同期情報を含むパケットであるのか、それ以外のパケットであるかを判別し、通信情報から同期情報を検出する。また、同期情報として、ＩＥＥＥ１５８８で定義されている「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）」を例として説明する。

「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」は、ネットワーク上での同期手法の規格であり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔで用いられる場合には、ＥｔｈｅｒｎｅｔヘッダのＥｔｈｅｒＴｙｐｅは「０ｘ８８ｆ７」という数値が指定されている。このＥｔｈｅｒＴｙｐｅを持つＥｔｈｅｒｎｅｔフレームは、そのフレームを送信した装置でのそのフレームを送信した時点での日時を示す情報（タイムスタンプ）を持っている。日時を示す情報（タイムスタンプ）は、各々の装置が独自に刻む時間から算出されるため、ある一般的時刻Ａでのクロックマスタ側装置のタイムスタンプとクロックスレーブ側装置のタイムスタンプは通常一致しておらずズレが生じている。クロックマスタ側装置のタイムスタンプに、クロックスレーブ側装置のタイムスタンプを合わせさせるようにすることで、このズレを修正させ、同一時間軸で稼働するようにすることでクロック同期が行われる。なお、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ以外でも、一般のユーザデータなのか、制御用データなのかを、中継装置側で判別するためのコードがあり、それらの識別子から、通信情報から同期情報のみを検出することも可能である。

また、本実施例において、同期情報が有効か無効かの判断材料として、上式（１）等により判定を行っており、同期情報自体が持つ情報（当該フレームを送信したクロックマスタ側装置が当該フレームを送信した時点での日時を示す情報）は用いていない。本実施例において、同期情報にどのような内容が含まれているか等は、同期情報の有効性の判定に実質的に関与しない。

本実施形態においては、以下に記載するような作用効果を奏する。

本発明においては、パケットネットワークの伝達遅延時間や装置の処理時間の揺らぎの情報を算出することで、同期情報の有効性／無効性を判定する機能を持つので、各種クロック同期手法に好ましくない同期情報が入力されることを防ぐことができる。

パケットネットワーク上に無線経路を持つ場合には、伝達遅延時間の揺らぎが大きくなる傾向がある。このため、有効な同期情報のみを抽出する機能手段を備えた本発明の実用的価値は極めて高い。

本発明においては、クロック同期手法自体へは手を加えておらず、新たな同期情報が入力されない場合は過去の同期情報を基に算出したクロック補正値を用いて自装置のクロックを補正し続けるホールドオーバ動作を行うクロック同期手法であれば、どの手法にでも適用できることである。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態として、その基本的構成は上記実施形態と同じであるが、簡略化を行っている。

図１の計算／判定部２０で用いる判定式（１）において、前記実施形態では、
（同期情報の更新周期）＝（同期情報の検出時刻）−（１つ前に届いた同期情報の検出時刻）
を用いて説明を行ったが、左右の式が必ずしも一致する必要はない、もしくは一致することは稀である場合が想定される。

そこで、本発明が用いられる環境上で許容される誤差に応じて許容範囲を設けても良い。その場合、以下のような判定式（３）が与えられる。すなわち絶対値が許容範囲内にあるか否か判定する。

｜（同期情報の検出時刻−１つ前に届いた同期情報の検出時刻）−同期情報の更新周期｜ ＜＝ 許容範囲
・・・（３）

また、図１のタイムスタンプ情報格納部２１について、前記実施形態では、１つ前の同期情報の検出時刻情報のみを保持していたが、必ずしも１つ前の検出時刻情報にだけに限定されるものではない。

すなわち、タイムスタンプ情報格納部２１は、過去の数回に渡って同期情報の検出時刻情報を保持するようにし、その少なくとも１つの情報を、計算／判定部２０において使用するようにしても良い。その場合の実施形態として、判定条件を以下のような三連一致形式で行う方法が考えられる。

｜（同期情報の検出時刻−１つ前に届いた同期情報の検出時刻）−同期情報の更新周期 ｜ ＜＝ 許容範囲 ・・・・（４）

｜（１つ前に届いた同期情報の検出時刻−２つ前に届いた同期情報の検出時刻） −同期情報の更新周期｜＜＝許容範囲 ・・・・（５）

｜（２つ前に届いた同期情報の検出時刻−３つ前に届いた同期情報の検出時刻）−同期情報の更新周期｜＜＝許容範囲 ・・・・（６）
の（４）、（５）、（６）が同時に成り立つ場合のみ、その同期情報を有効とする。

このような三連一致方式を採ることにより、安定した環境下での同期情報をより確実に抽出することができる。

また、高い精度でクロック同期を行う必要があるシステムでは、クロックマスタ側装置、クロックスレーブ側装置のそれぞれがローカルに持つ、タイムスタンプ生成用の発振器（図１の発振器１２）の精度を無視できなくなる。

クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置の、それぞれの発振器の精度が±１００ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）とすると、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置のタイムスタンプの時間差は１秒あたり最大２００マイクロ秒になる。この双方の発振器精度の差分を吸収する仕組みとして、上記の第２の実施形態で述べた許容範囲を、適宜補正するアルゴリズムを組み込んでもよい。

＜実施形態３＞
本発明の第３の実施形態として、計算／判定部２０において、同期周期情報格納部２２に格納された理想的な同期情報送信周期と、実際の同期情報検出周期の差を統計的に保持する仕組みを設ける。例えば、最大と最小付近を切り捨てて、平均値を取ることで、経由したパケットネットワーク上での遅延時間の揺らぎやクロックマスタ側装置での処理時間の揺らぎの中心値を得ることができる。この揺らぎの中心値を、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置の双方の発振器の精度の差によって発生した時間カウント誤差とし、この揺らぎの中心値を許容範囲の真中として設定する。

このように許容範囲の大きさを変えるのではなく中心位置をずらすようにすることで、同期情報の有効／無効の判定式の精度を変えることなく、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置の双方の発振器の精度の差分を補正できるようになる。

＜実施形態４＞
また、図１の同期周期情報格納部２２について、前記第１の実施形態では、クロックマスタ側装置からクロックスレーブ側装置への同期情報のある一定の送信周期が予め設定されているが、環境によっては送信周期が変動する場合がある。

そこで、図３に示すように、本発明の第４の実施形態においては、同期周期情報格納部２２に、新たな同期情報送信周期を格納する機能が追加されている。

なお、同期情報送信周期を決定する機能は、クロックマスタ側装置とクロックスレーブ側装置の少なくともいずれか一方が持てばよい。

クロックマスタ側装置が同期情報の送信周期を決定する場合は、自装置の送信周期を変更し、クロックスレーブ側装置に、新たな同期情報送信周期を通知する。

クロックスレーブ側装置において、クロックマスタ側装置の同期信号の送信周期を決定する場合には、クロックスレーブ側装置で決定した同期情報の送信周期（クロックスレーブ側装置からみると同期情報受信周期）を、クロックマスタ側装置に新たな同期情報送信周期を通知し、クロックマスタ側装置で送信周期を変更してもらう必要がある。

また、クロックマスタ側、クロックスレーブ側のどちらの装置も送信周期を決定する機能を持つ場合には、クロックマスタ側装置とスレーブ側装置で整合を取ってある１つの値を取り決めようにすればよい。

図３に示した例では、クロックマスタ側装置が同期情報の送信周期を決定する場合に対応し、マスタ側装置同期情報送信周期入出力部２０１は、同期情報送信周期の出力し、クロックスレーブ側装置同期情報受信周期入出力部３０１は同期情報送信周期を入力する。クロックスレーブ側装置同期情報受信周期入出力部３０１で入力された同期情報送信周期は、同期周期情報格納部２２に格納される。クロックスレーブ側装置で同期情報の送信周期を決定する場合、クロックスレーブ側装置同期情報受信周期入出力部３０１からマスタ側装置同期情報送信周期入出力部２０１に対して送信周期が送信される。

なお、上記特許文献３、４においては、クロック同期情報パケットに含まれている送信タイムスタンプ情報を用いて、クロックマスタ側装置からの同期情報パケットの送信間隔を測っているが、本発明では、送信間隔の測定は必要とせず、また、クロック同期情報パケットに含まれている送信タイムスタンプ情報等を参照することは必要としない。フレーム内の同期情報にどのような内容が含まれているか等は、有効性の判定には実質的に関与しない。

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１０ 同期情報検出部
１１ タイムスタンプ生成部
１２ 発振器
２０ 計算／判定部
２１ タイムスタンプ情報格納部
２２ 同期周期情報格納部
１００ クロックスレーブ側装置
２００ クロックマスタ側装置同期情報出力部
２０１ クロックマスタ側装置同期情報送信周期入出力部
３００ クロック同期手法機能部
３０１ クロックスレーブ側装置同期情報受信周期入出力部

Claims (32)

1. マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置と、
   前記クロックマスタ側装置とネットワークを介して接続されるクロックスレーブ側装置と、
   を備え、
   前記クロックスレーブ側装置は、前記クロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出部と、
   今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
   前記条件を満たしていると判定した場合に、クロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定部を備え、
   前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部から与えられた同期情報を用いてクロック同期を行う、ことを特徴とするクロック同期システム。
2. 前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部で同期情報が廃棄された場合には、前記計算／判定部から前回受け取った同期情報を用いたクロック同期をそのまま続ける、請求項１記載のクロック同期システム。
3. 前記クロックスレーブ側装置は、自装置の時刻情報を生成するタイムスタンプ生成部を備え、
   前記同期情報検出部は、前記通信情報を構成するフレームのヘッダ部の所定の領域に同期情報であることを示す所定の値が設定されているか否かを判別することで、同期情報を検出し、前記同期情報検出時における前記タイムスタンプ生成部での時刻情報を取得し、前記計算／判定部に供給する、請求項１又は２記載のクロック同期システム。
4. 前記計算／判定部は、今回の前記同期情報が前記条件を満たしているか否かにかかわらず、次の同期情報を検出した際における前記条件の判定のために、今回の前記同期情報の検出時刻情報を記憶部に記憶する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
5. 前記所定の条件が、
   今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分が、同期情報の更新周期と等しいという条件と、
   前記差分と同期情報の更新周期の差の絶対値が所定の許容範囲内にある条件と、
   のいずれか１つを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
6. 前記計算／判定部は、今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分に加え、過去の複数の同期情報の検出時刻の差分に関する前記条件のそれぞれについて、条件を満たすか否かを判定する、請求項５記載のクロック同期システム。
7. 前記計算／判定部は、前記同期情報の検出時刻の差を統計処理した結果を用いて、前記所定の条件を満たすか否かを判定する、請求項５又は６記載のクロック同期システム。
8. 前記クロックマスタ側装置と前記クロックスレーブ側装置のうち少なくとも一方が、前記同期情報の送信周期情報を決定し、前記決定した値を他方に通知する手段を備えている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
9. マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置とネットワークを介して接続されるクロックスレーブ側装置が、前記クロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行い、
   今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
   前記条件を満たしていると判定された場合に、今回検出された同期情報を用いてクロック同期を行い、前記条件を満たしていないと判定された場合には、今回検出された同期情報を廃棄する、ことを特徴とするクロック同期方法。
10. 前記同期情報が廃棄された場合には、前記条件を満たすと前回判定された同期情報を用いたクロック同期をそのまま続ける、請求項９記載のクロック同期方法。
11. 前記クロックスレーブ側装置は、前記通信情報を構成するフレームのヘッダ部の所定の領域に同期情報であることを示す所定の値が設定されているか否かを判別することで、同期情報を検出し、
    前記同期情報検出時における、自装置のタイムスタンプ生成部で生成した時刻情報を取得して前記同期情報に関連付ける、請求項９又は１０記載のクロック同期方法。
12. 今回の前記同期情報が前記条件を満たしているか否かにかかわらず、次の同期情報を検出した際における前記条件の判定のために、今回の前記同期情報の検出時刻情報を記憶部に記憶する、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のクロック同期方法。
13. 前記所定の条件が、
    今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分が、同期情報の更新周期と等しいという条件と、
    前記差分と同期情報の更新周期の差の絶対値が所定の許容範囲内にある条件と、
    のいずれか１つを含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のクロック同期方法。
14. 今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分に加え、過去の複数の同期情報の検出時刻の差分に関する前記条件のそれぞれについて、条件を満たすか否かを判定する、請求項１３記載のクロック同期方法。
15. 前記計算／判定部は、前記同期情報の検出時刻の差を統計処理した結果を用いて、前記所定の条件を満たすか否かを判定する、請求項１３又は１４記載のクロック同期方法。
16. 前記クロックマスタ側装置と前記クロックスレーブ側装置のうち少なくとも一方が、前記同期情報の送信周期情報を決定し、前記決定した値を他方に通知する、請求項９乃至１５のいずれか１項に記載のクロック同期方法。
17. クロックスレーブ側装置を構成するコンピュータに、
    マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置から送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の前記クロックスレーブ側装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出処理と、
    今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
    前記条件を満たしていると判定した場合に、
    同期情報を用いてクロック同期を行うクロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、
    前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定処理と、
    を実行させるプログラム。
18. 前記計算／判定部で同期情報が廃棄された場合には、前記計算／判定部から前回受け取った同期情報を用いたクロック同期をそのまま続けるように制御する処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１７記載のプログラム。
19. 前記同期情報検処理では、前記通信情報を構成するフレームのヘッダ部の所定の領域に同期情報であることを示す所定の値が設定されているか否かを判別することで、同期情報を検出し、前記同期情報検出時に、クロックスレーブ側装置の時刻情報を生成するタイムスタンプ生成部での時刻情報を取得し、前記計算／判定処理に供給する、請求項１７又は１８記載のプログラム。
20. 前記計算／判定処理は、今回の前記同期情報が前記条件を満たしているか否かにかかわらず、次の同期情報を検出した際における前記条件の判定のために、今回の前記同期情報の検出時刻情報を記憶部に記憶する、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載のプログラム。
21. 前記所定の条件が、
    今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分が、同期情報の更新周期と等しいという条件と、
    前記差分と同期情報の更新周期の差の絶対値が所定の許容範囲内にある条件と、
    のいずれか１つを含む、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載のプログラム。
22. 前記計算／判定処理は、今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分に加え、過去の複数の同期情報の検出時刻の差分に関する前記条件のそれぞれについて、条件を満たすか否かを判定する、請求項２１記載のプログラム。
23. 前記計算／判定処理は、前記同期情報の検出時刻の差を統計処理した結果を用いて、前記所定の条件を満たすか否かを判定する、請求項２１又は２２記載のプログラム。
24. 前記同期情報の送信周期情報を決定し、前記決定した値を前記クロックマスタ側装置に通知する処理を前記コンピュータに実行させる、請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載のプログラム。
25. マスタクロックを生成するクロックマスタ側装置からネットワークを介して送信された通信情報からクロック同期用の同期情報を検出し、前記同期情報と前記同期情報検出時の自装置側での時刻情報との関連付けを行う同期情報検出部と、
    今回受信された同期情報の検出時刻情報と、前回までの少なくとも一つの同期情報の検出時刻情報と、予め設定された同期情報の送信周期情報とに基づき、同期情報の送信周期に関する所定の条件を満たしているか否かを判定し、
    前記条件を満たしていると判定した場合に、クロック同期機能部に今回検出した同期情報を与え、前記条件を満たしていないと判定した場合に、今回検出した同期情報を廃棄する計算／判定部と、
    を備え、
    前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部から与えられた同期情報を用いてクロック同期を行う、ことを特徴とする通信装置。
26. 前記クロック同期機能部は、前記計算／判定部で同期情報が廃棄された場合には、前記計算／判定部から前回受け取った同期情報を用いたクロック同期をそのまま続ける、請求項２５記載の通信装置。
27. 自装置の時刻情報を生成するタイムスタンプ生成部を備え、
    前記同期情報検出部は、前記通信情報を構成するフレームのヘッダ部の所定の領域に同期情報であることを示す所定の値が設定されているか否かを判別することで、同期情報を検出し、前記同期情報検出時における前記タイムスタンプ生成部での時刻情報を取得し、前記計算／判定部に供給する、請求項２５又は２６記載の通信装置。
28. 前記計算／判定部は、今回の前記同期情報が前記条件を満たしているか否かにかかわらず、次の同期情報を検出した際における前記条件の判定のために、今回の前記同期情報の検出時刻情報を記憶部に記憶する、請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の通信装置。
29. 前記所定の条件が、
    今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分が、同期情報の更新周期と等しいという条件と、
    前記差分と同期情報の更新周期の差の絶対値が所定の許容範囲内にある条件と、
    のいずれか１つを含む、請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載の通信装置。
30. 前記計算／判定部は、今回の前記同期情報の検出時刻と１つ前の同期情報の検出時刻の差分に加え、過去の複数の同期情報の検出時刻の差分に関する前記条件のそれぞれについて、条件を満たすか否かを判定する、請求項２９記載の通信装置。
31. 前記計算／判定部は、前記同期情報の検出時刻の差を統計処理した結果を用いて、前記所定の条件を満たすか否かを判定する、請求項２９又は３０記載の通信装置。
32. 前記同期情報の送信周期情報を決定し、前記決定した値を前記クロックマスタ側装置に通知する手段を備えている、請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載の通信装置。

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