JP2014505444A - パケット交換ネットワークのためのネットワーク要素 - Google Patents

Abstract

パケット交換ネットワークのためのネットワーク要素３０が、さらなるネットワーク要素との間で同期メッセージを交換するための複数のネットワークポート３１、３２と、ローカルクロック４１と、タイムスタンプの生成をトリガするための、各ネットワークポートに関連付けられたタイムスタンプ生成モジュール３６と、構成信号に応じて、第１の動作モードおよび第２の動作モードに選択的に構成可能な同期制御モジュール４３とを含み、第１の動作モードに構成された同期制御モジュールが、スレーブポートを介して受信した同期メッセージのタイムスタンプに応じて、ローカルクロックのオフセットを調整するように適合されており、第２の動作モードに構成された同期制御モジュールが、同期メッセージを送受信するときに取得されるタイムスタンプに応じて、ネットワーク要素内における同期メッセージの滞留時間を計算するように適合されている。

Description

本発明は、パケット交換ネットワーク内におけるクロック同期の技術分野に関する。

たとえば移動体ネットワークの基地局の同期といった、要求の厳しい同期制約を受けるさまざまな用途に向けて、パケットスイッチングネットワーク上で基準時刻および／または基準周波数を分配する方法が開発されている。たとえば、ＩＥＴＦのネットワーク時間プロトコル（ＮＴＰ）の作業グループは、ＲＦＣ１３０５で最初に規定されたＮＴＰプロトコルの更新版を開発している。ＩＥＥＥの高精度時間プロトコル（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）（ＰＴＰ）は、これを意識して改訂された。ＩＴＵ−Ｔは、イーサネット（登録商標）ネットワーク上で基準周波数を分配するための物理層技術を規定しており、これは同期イーサネット（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））と呼ばれ、規定Ｇ．８２６１、Ｇ．８２６２およびＧ．８２６４．５に記載されている。

ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２プロトコルまたは高精度時間プロトコルリリース２（ＰＴＰＶ２）は、移動体ネットワークなどの要求が厳しい用途に関して時刻および周波数の分配をサポートするために研究されている。無線ネットワークにおける精度要件は、周波数については約５０ｐｐｂであり、時刻については約１マイクロ秒である。パケット交換ネットワーク（ＰＳＮ）および時刻分配に関して、ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２プロトコルの性能は、主としてパケットジッタおよび通信経路の遅延非対称によって制限され、これらは両方とも「ネットワークノイズ」と呼ばれることが多い。前者はパケット遅延変動（ＰＤＶ）に関係している。後者は、あるＰＴＰＶ２メッセージの一方向（たとえば、マスタからスレーブ）での通信遅延と、同じシーケンス番号を有する関連するＰＴＰＶ２メッセージの反対方向（たとえば、スレーブからマスタ）での遅延との差の結果である。

ＰＴＰＶ２の性能は、ＰＳＮのバックグラウンドのトラフィックレベルに強く依存しており、これは予測不可能である。これらの依存性を除去／制御するために、トランスペアレントクロック（ＴＣ）およびバウンダリクロック（ＢＣ）ハードウェアのサポートがＰＴＰＶ２規格に導入されている。

Ｓｔｅｆａｎｏ Ｒｕｆｆｉｎｉ著「Ｔｉｍｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ Ｓｙｎｃ ｎｏｉｓｅ ｂｕｄｇｅｔ ｉｎ Ｇ．８２７１」、ＩＴＵ−Ｄｒａｆｔｓ、２０１０では、ネットワークのすべてのノードがバウンダリクロックおよび／またはトランスペアレントクロックを備えている。

Ａ． Ｍａｇｅｅ著「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｅｘｔ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｃｋｈａｕｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｍａｇａｚｉｎｅ ｖｏｌ．４８、ｎｏ．１０、２０１０には、グランドマスタクロックと、バウンダリクロックおよびトランスペアレントクロックが配置された中間ノードと、通常のクロックとを含むネットワークが記載されている。パケット遅延変動の影響を克服するために、すべての中間ノードがバウンダリクロックまたはトランスペアレントクロックのいずれかで動作できることが推奨されている。

Ｈ． Ｇｅｒｓｔｕｎｇ著「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ ＰＴＰｖ１ ａｎｄ ＰＶＰｖ２ ｃｌｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｏｎｅ ｃｏｍｍｏｎ ｔｉｍｅ ｓｏｕｒｃｅ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＥＥＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｌｏｃｋ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、２００８には、２つのＩＥＥＥ１５８８−２００２モジュールを備えたバウンダリクロックモードのユニットと、バウンダリクロックモードまたは１ステップおよび２ステップのトランスペアレントクロックモードで動作するように構成できる、２つのＩＥＥＥ１５８８−２００８モジュールを備えたユニットとからなる２つのユニットを有する、ＨｉｒｓｃｈｍａｎｎのＭＩＣＥ−２０産業用イーサネットスイッチが記載されている。

Ｓｔｅｆａｎｏ Ｒｕｆｆｉｎｉ著「Ｔｉｍｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ Ｓｙｎｃ ｎｏｉｓｅ ｂｕｄｇｅｔ ｉｎ Ｇ．８２７１」、ＩＴＵ−Ｄｒａｆｔｓ、２０１０ Ａ． Ｍａｇｅｅ著「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｅｘｔ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｃｋｈａｕｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｍａｇａｚｉｎｅ ｖｏｌ．４８、ｎｏ．１０、２０１０ Ｈ． Ｇｅｒｓｔｕｎｇ著「Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ ＰＴＰｖ１ ａｎｄ ＰＶＰｖ２ ｃｌｉｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｏｎｅ ｃｏｍｍｏｎ ｔｉｍｅ ｓｏｕｒｃｅ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＥＥＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｌｏｃｋ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、２００８

一実施形態において、本発明は、パケット交換ネットワークのためのネットワーク要素を提供し、このネットワーク要素は、
さらなるネットワーク要素との間で同期メッセージを交換するための複数のネットワークポートと、
ローカルクロックと、
ネットワークポートを介して同期メッセージが送信または受信されたときに、ローカルクロックによるタイムスタンプの生成をトリガするための、各ネットワークポートに関連付けられたタイムスタンプ生成モジュールと、
構成信号に応じて、第１の動作モードおよび第２の動作モードに選択的に構成可能な同期制御モジュールと
を含み、
第１の動作モードに構成された同期制御モジュールが、
第１のネットワークポートをスレーブポートとして、第２のネットワークポートをマスタポートとして選択し、
スレーブポートを介して受信した同期メッセージのタイムスタンプに応じて、ローカルクロックのオフセットを調整し、かつ
調整されたローカルクロックによりマスタポートを介して獲得されたタイムスタンプを含む同期メッセージを送信するように適合されており、
第２の動作モードに構成された同期制御モジュールが、
第１のネットワークポートを介して受信した同期メッセージを第２のネットワークポートに転送し、
同期メッセージを第２のネットワークポートを介して送信し、かつ
同期メッセージを送受信するときに取得されるタイムスタンプに応じて、ネットワーク要素内における同期メッセージの滞留時間を計算するように適合されている。

各実施形態によれば、かかるネットワーク要素は以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。

一実施形態において、ネットワーク要素は、ネットワーク管理部からの構成信号を受信するための管理インターフェースをさらに含む。

一実施形態において、ネットワーク要素は、構成信号を同期メッセージ内の信号オブジェクトとして検出するための検出モジュールをさらに含む。

一実施形態において、同期制御モジュールは、同期メッセージに含まれる信号オブジェクトに応じて、第１の動作モードまたは第２の動作モードに従って同期メッセージを処理する。

一実施形態において、ネットワーク要素は、グランドマスタクロックからの、ＰＴＰＶ２管理メッセージに含まれた構成信号を受信するためのインターフェースを有する。

一実施形態において、構成信号は、第１の動作モードにクロック制御モジュールを構成するための第１の値をとり、第２の動作モードにクロック制御モジュールを構成するための第２の値をとるブールパラメータを含む。

一実施形態において、ローカルクロックは、
ローカル発振器と、
ローカル発振器によって増分され、第１の動作モードで同期制御モジュールによって調整されるように構成されている第１のカウンタと、
ローカル発振器によって増分される第２のカウンタと
を備える。

一実施形態において、同期制御モジュールは、第２の動作モードで同期メッセージを送受信するときに、第２のカウンタに応じて同期メッセージの滞留時間を計算するように適合されている。

一実施形態において、ネットワーク要素は、
第２のローカルクロックと、
第２の構成信号に応じて第１の動作モードまたは第２の動作モードに選択的に構成可能な第２の同期制御モジュールと
をさらに含む。

一実施形態において、第１の同期制御モジュールは第１の動作モードに構成され、かつ第２の同期制御モジュールは第２の動作モードに構成される。

一実施形態において、ネットワーク要素は、
第１の動作モードに構成された第１の同期制御モジュールの故障状態を検出し、かつ
第２のローカルクロックのオフセットの調整を再開するために、故障検出に応答して、第１の動作モードに第２の同期制御モジュールを構成するように適合されている保護モジュールをさらに含む。

一実施形態において、ネットワーク要素は、第２のローカルクロックによって生成されたタイムスタンプを、パケットフローに生じるエンドツーエンドのレイテンシを推定するように適合されているアプリケーションに送るためのアプリケーションインターフェースをさらに含む。

一実施形態において、同期メッセージは、ＩＥＴＦネットワーク時間プロトコルまたはＩＥＥＥ高精度時間プロトコルに従って交換される。

一実施形態において、ネットワーク要素は、ネットワークポートに関連付けられ、かつローカルクロックを、ネットワークポートで受信した同期物理層信号に同調させるように適合されている物理層モジュールをさらに含む。

一実施形態において、物理層信号が同期イーサネット規格に従って生成される。

本発明の各態様は、パケット交換ネットワークにおいて時刻を分配するための柔軟な動作を行うネットワーク要素を実現するアイデアに基づいている。

本発明の各態様は、ＰＴＰＶ２バウンダリクロックまたはＰＴＰＶ２トランスペアレントクロックのいずれかとして動作できる構成可能なデバイスを実装するアイデアに基づいている。

本発明の各態様は、ＰＴＰＶ２ ＴＣおよびＰＴＰＶ２ ＢＣがある種の強い類似性を示し、そのため、実装のコストを下げるためになんらかの共用ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実施され得ることの観察に由来する。ＰＴＰＶ２機器は両方とも、ポートレベルでのハードウェア支援のタイムスタンプ付加、ポートレベルでのＳＹＮＣやＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱなどのイベントメッセージの生成、およびＰＴＰＶ２ポートの時刻同期を特徴とすることが特に観察される。

本発明のこれらの態様およびその他の態様は、実施例として図面を参照しながら以下に記載される実施形態から明らかとなり、かつそれらの実施形態を参照しながら説明される。

ＰＴＰＶ２に従って作成されたトランスペアレントクロックおよびバウンダリクロックを介して時刻基準がネットワーク要素に分配されるパケット交換ネットワークを機能的に表現する図である。 図１のネットワークにおいて使用され得るネットワーク要素を機能的に表現する図である。 図２のネットワーク要素において使用され得るローカルクロックの実施形態を機能的に表現する図である。 別の実施形態によるネットワーク要素を機能的に表現する図である。

次に、パケット交換ネットワークにおいて時刻基準および周波数基準を分配する方法および装置を、ＰＴＰＶ２プロトコルに関して説明する。本発明はその特定の状況に制限されるわけではなく、類似の特徴を有する他の同期プロトコルで使用してもよい。

図１を参照すると、パケット交換ネットワーク１は、リンクで接続されたネットワーク要素を含む。ネットワーク要素は、ネットワーク１で使用されるプロトコルスタックに応じて、ＩＰルータまたはイーサネットスイッチなどを含み得る。ネットワーク要素１１に接続されたグランドマスタ（ＧＭ）クロック２は、ネットワーク１に接続されたさらなるネットワーク要素２１、２２、２３、２４に配置された複数のクロックに分配されるべき時刻基準を生成する役割を果たす。ＧＭクロック２は、全地球測位システムなどの極めて安定な発信元と同期されている。代替のＧＭクロック３が、冗長性および故障対策のために設けられている。

ネットワーク１において、ＧＭクロック２とバウンダリクロック２４の間の同期経路が矢印５で示されている。図示のように、ネットワーク１におけるネットワーク要素１１や１３などのいくつかのネットワーク要素には、トランスペアレントクロックとして機能するローカルクロックが備えられているが、ネットワーク要素１４などの他のネットワーク要素には、ＰＴＰＶ２ローカルクロックは備えられていない。

ここで、ＰＴＰＶ２規格でのトランスペアレントクロックの動作を簡単に確認しておく。２種類のトランスペアレントクロックが、エンドツーエンドのトランスペアレントクロック（Ｅ２Ｅ ＴＣ）およびピアツーピアのトランスペアレントクロック（Ｐ２Ｐ ＴＣ）として定義されている。エンドツーエンドのトランスペアレントクロックは、Ｅ２Ｅ ＴＣを備えたネットワーク要素の伝送遅延または滞留時間を測定し、補正することを狙いとしている。ピアツーピアのトランスペアレントクロック（Ｐ２Ｐ ＴＣ）は、ネットワーク要素内のリンク遅延および滞留時間の両方を測定し、補正することを狙いとしている。常時パケット遅延を示すリンクでは、全体のリンク遅延がスレーブクロックまたはマスタクロックレベルで供給され得るので、Ｅ２Ｅ ＴＣで十分であり得る。

Ｅ２Ｅ ＴＣは、関連するネットワーク要素内におけるイベントメッセージ（たとえば、ＳＹＮＣメッセージ）の滞留時間を局地的に測定し、それをイベントメッセージの「補正フィールド」に追加し、累積させていく。要するに、トランスペアレントクロックは、ネットワーク要素通過中にＰＴＰＶ２パケットに生じる遅延を測定することができる。

次に、ＰＴＰＶ２規格におけるバウンダリクロックの動作を簡単に確認しておく。

バウンダリクロックは、大きな同期ネットワークを、指定された境界の内側でＰＤＶを操作（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）および／または制御することができる小さな領域に区分することができる。ＢＣは、基準時刻または基準周波数を同期階層の次の領域に分配する前に、それをできるだけ正確に回復する手段としての役割を果たす。

バウンダリクロックは、ＰＴＰシステムにおいて、規格的なネットワークスイッチまたはルータの代わりに据えられるものとして定義されている。バウンダリクロックは、２つ以上のＰＴＰポートを備えるＰＴＰクロックとして定義されており、各ポートは個別のＰＴＰ通信経路に通じている。バウンダリクロックは、別個のＰＴＰドメイン間のインターフェースとして機能して、すべてのＰＴＰメッセージを捕らえて処理し、その他のあらゆるネットワークトラフィックを通過させる。ＢＭＣアルゴリズムは、どのポートからも見える最適なクロックを選択するために、バウンダリクロックによって使用される。選択されるポートはスレーブとして設定され、バウンダリクロックの他のすべてのポートは、それらのドメインに対するマスタとしてアサートされる。

バウンダリクロックの主な機能には、以下が挙げられる：
− ＰＴＰメッセージを捕らえることによってＰＴＰドメインの境界を表すこと。
− 典型的にはルータや類似のデバイスによって生じるレイテンシの変動を制限するために、再生ポイント（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）を設けること。
− ポイントツーマルチポイントモードで時刻を分配すること。
− たとえば異なるネットワーク層に依存するプロトコル間の適合機能をもたらすことによって、異種ネットワーク全体でのＰＴＰＶ２クロック同期を保証すること。

図１のネットワーク１においては、バウンダリクロック２４は、ネットワーク要素１３に接続されたスレーブポートと、たとえば通常のクロックを備えるネットワーク要素２１および２２に接続された２つのマスタポートとを有する。したがって、ＢＣ２４は、ＧＭクロック２からの第１のＰＴＰフローを止めて、それに同期し、同一の時刻基準を分配するために、通常のクロック２１および２２に向かう第２のＰＴＰフローを生成する。

次に、図２を参照しながら、構成に応じてＥ２Ｅ ＴＣまたはＢＣのいずれかとして動作するように構成されているネットワーク要素３０の実施形態を説明する。ネットワーク要素３０は、図示のＴＣおよびＢＣの両方を実装するために、ネットワーク１において使用され得る。

図２に概略的に表されている構成可能なネットワーク要素３０は、ネットワークポート３９を実装する複数のラインカード３１、３２と、たとえばイーサネットスイッチなど、ラインカード３１、３２を相互接続してネットワークポート間でパケットトラフィックをやり取りするためのスイッチファブリック３３と、ローカルクロック４１を備えた同期カード４０とを含む。

ネットワークポートはいくつ設けられていてもよい。簡単にするために、２つのラインカード３１および３２のみが図２の実施形態に示されている。図示されているラインカード３１および３２は双方向性である。単向性のラインカードも同様に配置することができる。

ラインカード３１および３２のそれぞれにおいて、物理層モジュール３４が、対応する双方向リンク３５、たとえば光リンクまたは電気リンクに実装された物理層の特徴に従って信号を送受信するように適合されている。タイムスタンプ取得モジュール３６は、当技術分野で知られている様式でＰＴＰメッセージがネットワークポート３９を介して送信または受信されたとき、矢印３８で示されているように、同期カード４０と協働して瞬時にローカル時刻を計測する。ＭＡＣモジュール３７は、たとえばイーサネットなどのネットワークに実装されたリンク層の特徴に従ってデータフレームを処理するように適合されている。

スイッチファブリック３３は、パケット交換ネットワークの技術分野で知られているように、パケットに含まれる情報のアドレス指定に応じて、通常のトラフィックをネットワークポート３９間でやり取りする。ＰＴＰＶ２メッセージとして識別されるパケットは、矢印４２で示されているように、ＰＴＰＶ２プロトコルに従って処理されるべき同期カード４０に送られる。

同期カード４０は、ＰＴＰＶ２プロトコルに定められている主な機能を実行する同期制御モジュール４３を含む。同期制御モジュール４３およびその機能的モジュールは、メモリモジュールに格納されたＰＴＰＶ２ソフトウェアでプログラム化されているプロセッサによって実行され得る。機能的モジュールは、ＰＴＰＶ２に定められているすべてのタイプのメッセージ、たとえばＳＹＮＣ、ＦＯＬＬＯＷ＿ＵＰ、ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱ、ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＳＰなどを生成したり復号したりするように適合されているメッセージエンジン４４を備える。ＢＭＣＡモジュール４５は、最適マスタクロックアルゴリズムを実行して、知られている方法でクロックデータセットに応じてポートの状態を選択する。ＢＭＣＡモジュール４５はまた、ＰＴＰドメイン内のローカルクロックプロパティを通知するためにデータセットを生成する。滞留時間計算モジュール４６は、トランスペアレントクロック処理が行われたときに、ネットワーク要素３０内にパケットが滞留する時間を計算する役割を果たす。パケットフィルタリングモジュール４７は、バウンダリクロック処理が行われたときに、ローカルクロック４１のオフセットを調整するために、スレーブポートを介して受信したＰＴＰメッセージのタイムスタンプを処理する役割を果たす。

任意選択により、同期物理層、たとえば同期イーサネットを使用して、矢印４９で示されているように、ローカルクロック４１を外部の周波数基準の発信元に合わせて固定するために、同調化モジュール４８が設けられていてもよい。

一実施形態において、同期制御モジュール４３は、構成状態に応じて異なった動作をして、ＰＴＰＶ２バウンダリクロックの機能またはＰＴＰＶ２トランスペアレントクロックの機能のいずれかを実現する。ここで、ラインカード３１が入力ポートを設け、ラインカード３２が出力ポートを設けているＰＴＰフローの処理の状況に関して、各構成状態に対応する同期制御モジュール４３の動作を簡単に説明する。モジュール４５および４７は、ＴＣモードにおいては非活動状態のままであってよい。モジュール４６は、ＢＣモードにおいては非活動状態のままであってよい。

ＴＣ動作モードでは、同期制御モジュール４３は、入力ポートを介してＰＴＰイベントメッセージを受信すると、基本的には以下の動作を行う：
− ローカルクロック４１が計測したメッセージ受信時刻を取得。
− ローカルクロック４１が計測したメッセージ送信時刻を取得。
− 送信時刻と受信時刻の差からメッセージ滞留時間を計算。
− ＰＴＰメッセージのヘッダを修正して補正フィールドを更新。

ＢＣ動作モードでは、同期制御モジュール４３は、スレーブポートを介してＰＴＰイベントメッセージを受信すると、基本的には以下の動作を行う：
− ローカルクロック４１が計測したメッセージ受信時刻を取得。
− メッセージに含まれるタイムスタンプを処理して、マスタクロックに対するローカルクロックのオフセット推定を更新。
− オフセット推定が調整条件を満たす場合、新たに推定されたオフセットに応じてローカルクロックを調整。
− （１つまたは複数の）マスタポートを介して送られるべき送出ＰＴＰＶ２メッセージを生成。
− 送出ＰＴＰＶ２メッセージの送信時刻を取得し、ＰＴＰＶ２によるタイムスタンプ内の送信時刻をＰＴＰメッセージのペイロードに記載。

要するに、ＴＣ動作モードでは、滞留時間情報が送出ＰＴＰＶ２メッセージのヘッダに記載されるが、ＢＣ動作モードでは、送信時刻情報が送出ＰＴＰＶ２メッセージのペイロードに記載される。

１ステップまたは２ステップのいずれかの、２つの異なるタイプのタイムスタンプ付加方法が各動作モードで使用され得る。１ステップのクロックは、イベントメッセージ（ＳＹＮＣおよびＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱＵＥＳＴ）内の時刻情報を送信中に更新するが、２ステップのクロックは、パケットの正確なタイムスタンプを一般的なメッセージ（ＦＯＬＬＯＷ＿ＵＰおよびＤＥＬＡＹ＿ＲＥＳＰＯＮＳＥ）に含めて搬送する。１ステップのエンドツーエンドのトランスペアレントクロックは、ＳＹＮＣおよびＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱＵＥＳＴメッセージがネットワーク要素を通過する際に、それらのメッセージ中の滞留時間を更新するが、２ステップのトランスペアレントクロックは、時間が重要でない一般的なメッセージ内のフィールドを更新する。１ステップの方法にはより強いハードウェア制約が存在する。

次に、ＢＣモードおよびＴＣモードの中から選択される動作モードで動作するための同期カード４０を構成するための方法を記載する。

静的またはあまり動的でない方法で構成状態を確立するように適合されている第１の実施形態では、ネットワーク管理プレーンが同期カード４０を構成するために使用され得る。そのような場合には、同期カード４０は、たとえば同期管理部またはネットワークのネットワーク管理部などの管理ステーション５０から構成信号を受信するための矢印５１で示される管理インターフェースを含む。簡易ネットワーク管理プロトコル（ＳＮＭＰ）は、特定のオブジェクトを使用して、管理ステーション５０とネットワーク要素３０の間の通信プロトコルとして機能することができる。一実施形態において、構成信号は、たとえば以下のようなあらかじめ定義された意味をもつブールパラメータＰＴＰ＿Ｃｌｏｃｋ＿Ｃｏｎｆｉｇとして実現され得る。
− ＰＴＰ＿Ｃｌｏｃｋ＿Ｃｏｎｆｉｇ＝１のとき、同期カード４０はＢＣモードで動作する。
− ＰＴＰ＿Ｃｌｏｃｋ＿Ｃｏｎｆｉｇ＝０のとき、同期カード４０はＴＣモードで動作する。

より動的な方法で構成状態を確立するように適合されているさらに別の実施形態では、同期カード４０がパケット交換ネットワークの制御プレーンによって構成される。この点についてはいくつかの選択肢が存在する。

第２の実施形態では、ＴＣモード／ＢＣモードはＰＴＰＶ２信号によって選択される。この目的のために、ラインカード３１および３２には、ＰＴＰＶ２メッセージ内のあらかじめ定義された構成信号を識別し、それに従って同期カード４０の構成をトリガするように適合されているクロックモード取得モジュール５２が備え付けられていてもよい。ＳＹＮＣまたはＡＮＮＯＵＮＣＥメッセージは、構成信号を運搬する役割を果たすことができる。

対応する構成信号として機能するために、ＴＬＶ（Ｔｙｐｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｖａｌｕｅフィールド）セマンティクスに従う特定のＰＴＰＶ２フィールドが提供され得る。このようなＴＬＶの狙いは、同期カード４０の動作モードを設定するために必要な構成パラメータ、たとえば上記のブールパラメータを搬送することである。

この第２の実施形態では、構成信号を運搬する信号メッセージが、構成対象のネットワーク要素に実際に到達できるように注意する必要がある。特に、ＰＴＰ信号メッセージの発信元、たとえばＧＭクロック２と、構成可能なネットワーク要素３０の間に中間ＢＣが存在する場合、ＰＴＰＶ２信号は通常、標的ノードに到達する前に中間ＢＣで止められる。一実施形態では、この問題は、受信した特定のノード用の構成信号を検出し、ＢＣから発信され、標的ノードに向かう新しいＰＴＰＶ２メッセージ内にその構成信号を再現するようにＢＣをプログラミングすることによって解決される。この実施形態では、構成信号に、たとえば上記のＴＬＶフィールド内に標的ノードのアドレスが付加されている必要がある。拡張として、ＴＬＶフィールドは、複数のノードでの動作モードの切り換えを最少数のＰＴＰＶ２メッセージでトリガするために、複数のネットワークアドレスの連結および対応する構成信号を含んでいてもよい。代替形態では、たとえばグランドマスタクロック２から送られるＰＴＰＶ２管理メッセージを使用すると、これらのメッセージがＢＣによって止められることがなくなり、エンドツーエンドの信号問題が解決される。

第３の実施形態では、ＩＰ制御プレーンのその他のメッセージは、クロック構成情報、たとえばトレースルートコマンドまたはＲＳＶＰ信号を運搬するために使用される。この実施形態は、ＰＴＰＶ２の構成可能なクロックがクロック構成情報を受信するように、ネットワーク制御プレーンとＰＴＰＶ２プレーンの間の網間接続機能に依拠している。そのような情報は、第２の実施形態と同様にＴＬＶ拡張部に挿入され得る。

３つすべての構成方法において、ＢＣまたはＴＣのいずれかとして動作できる構成可能なネットワーク要素３０は、同期およびサービスに関してネットワークオペレータの所望の通りに柔軟に構成され得る。

ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２プロトコルまたは類似のプロトコルによる時間分配では、構成信号に応じてＢＣまたはＴＣとして動作することができる上記の構成可能なネットワーク要素３０は、普遍性や配備の容易性などの利点をネットワークオペレータにもたらす。それは、ＢＣサポートおよびＴＣサポートの両方の強みを柔軟に保ちながら、ネットワークにおけるＰＴＰＶ２サポートの柔軟な構成を可能にする。

ＴＣおよびＢＣを異なるデバイスとして実装することに比べて、構成可能なネットワーク要素により、コンポーネントおよび予備コンポーネントの在庫を減らすことも可能になる。

次に図３に移り、同期カードの別の実施形態を説明する。図２のものと同一または類似の要素は、同じ番号に１００を足したもので参照される。

同期カード１４０において、ローカルクロック１４１は、ローカル発振器５５ならびに２つのカウンタ５６および５７を備える。カウンタ５６および５７は、矢印５８で示されるように、ローカル発振器５５によって増分され、その結果、それらのカウントは同じ速度で増加する。しかしながら、それらは互いにオフセットする、すなわち、異なる絶対値になる場合がある。

ＴＣ動作は、受信の時刻と送信の時刻の間の継続時間を計算するだけでよかったので、ＴＣ動作では、カウンタ５６または５７の絶対値は問題ではなかった。カウンタ５６および５７は、同期カードのＢＣ動作を改善することが意図されている。すなわち、ネットワーク要素のスレーブポートで受け取ったＰＴＰフローを発信しているマスタクロックによって分配される基準時刻との同期を維持するために、カウンタ５６は、同期制御モジュール１４３によって継続的に調整されるカレントローカルクロック値を含む。カウンタ５７は、特にカウンタ５６のオフセットが補正または調整され得る期間にわたってＰＴＰパケットの滞留時間を計算することが意図されている。その目的のために、カウンタ５７は、発振器によってもたらされる時間の進みに従うだけで、すべての時間において一次関数的に増分される。

既に述べたように、オフセット推定が調整条件を満たすとき、ＢＣ動作はローカルクロックオフセットの調整を含む。実際、調整条件は、多くのＰＴＰイベントメッセージのオフセット推定の平均をとることを含み、したがって、ネットワーク状態の統計的変動がローカルクロックの無秩序的な調整をもたらすことはない。その結果、一般に、オフセット調整アルゴリズムのフィルタリングウィンドウは、典型的なパケット滞留時間よりもはるかに大きいことが見て分かる。

カレントクロックカウンタ５６は、同期カード１４０のＢＣ動作を実行する役割を果たす。同時に、カレントクロックカウンタ５６は、ＢＣに関連付けられたクライアントフローに含まれるＰＴＰパケットの送受信にタイムスタンプを付加する役割も果たす。ＢＣ動作は、ローカル発振器５５の周波数調整も含む。しかしながら、リニアクロックカウンタ５７が、カレントクロックカウンタ５６に代わって、ＴＣ動作用のＰＴＰパケットの送受信にタイムスタンプを付加し、そのようなパケットの滞留時間を計算するために使用される。すなわち、リニアクロックカウンタ５７によってＰＴＰパケットにタイムスタンプを付加することで、カウンタ５６の非直線的な変化による影響を受けないパケットの滞留時間を正確に計算することが可能になる。

本実施形態によって、同期カード１４０は、単一のローカル発振器５５を用いてＢＣ動作およびＴＣ動作を同時に実現できるようになることが理解されよう。したがって、たとえばパケット単位で同期カード１４０のより動的な構成が可能になる。

対応する実施形態では、同期カード１４０は、「ＴＣ処理フラグ」のタグが付いたＰＴＰパケットおよび「ＢＣ処理フラグ」のタグが付いたＰＴＰパケットを識別し、ローカルクロック１４１のオフセット推定を更新するか、または場合によりカウンタ５６および５７を使用してＰＴＰパケットの滞留時間を計算するかのいずれかの意図された振る舞いに従って、各パケットを処理する。また、そのようなフラグは、ＴＬＶオブジェクト内のブールパラメータとして供給され得る。

「ＴＣ処理フラグ」のタグが付いたパケットの滞留時間を計算することは、矢印８０で示されるような、所与のアプリケーションフローに生じるエンドツーエンドのレイテンシを推定するなどのさらなる機能を提供する役割を果たすことができる。この特徴は、特に、たとえばテレビ会議、インタラクティブなゲーム、ＶｏＩＰなどのリアルタイムサービスのために、レイテンシに関してアプリケーション要件が満たされるように、トランスポートネットワークの効率的な駆動および／またはアプリケーションフローの効率的な構成を可能にする。そのような状況では、ＴＣ動作は、パケット交換ネットワーク内での正確なレイテンシプローブを提供する役割を果たす。

要するに、図３の実施形態では、バウンダリクロック、すなわち、ＢＣ動作モードに構成される構成可能なネットワーク要素を、たとえば各ノードに１つのＢＣといったようにネットワークに配備することのみが可能である。しかし、伝送遅延を測定するように構成されたＴＣ動作の組み合わせのおかげで、そのようなＢＣのみの配備によって、時間が重要なアプリケーションのトランスポートを駆動する機能も提供される。この機能によって、独立型のトランスペアレントクロックを複数配備することは避けながら、オペレータは、リアルタイムのアプリケーションおよびサービスのレイテンシに関する要件に効率的に対処できるようになる。

変形形態においては、２つのカウンタ５６および５７が、同一のローカル発振器５５によって駆動される２つの平行バウンダリクロックを実装する役割を果たす。すなわち、各ＢＣは、それぞれのＢＣに関連付けられた各ＰＴＰクライアントフローによって各ＧＭクロックの基準時刻に合わせて固定されている。

各実施形態において、ネットワーク要素には、単一の同期カード４０または１４０が備えられている。対照的に、図４は、たとえばＩＰルータなどの共用スイッチングファブリック７３と協働する２つの構成可能な同期カード７１および７２を備えたネットワーク要素７０の実施形態を示す。同期カード７１および７２は、上記のように、ＴＣ動作モードとＢＣ動作モードの間に構成可能な動作を実現する。

一実施形態において、同期カード７１および７２は、そのうちの一方がワーキングコンポーネントとして機能し、他方が、ワーキングコンポーネントが故障したときに即座に動作を代われるバックアップコンポーネントとして機能するために、全く同様に構成されている。本実施形態は、冗長性によって局所的な保護を強化している。

別の実施形態において、たとえば同期カード７１などのワーキングコンポーネントはＢＣモードで動作されるが、たとえば同期カード７２などのバックアップコンポーネントは、ＴＣモードで遅延プローブとして機能することになる。すなわち、バックアップ同期カード７２はＢＣ機能には使用されず、リアルタイムアプリケーションの要件に効率的に対処するために使用され得る伝送遅延を取得するために、ＴＣモードに構成される。同期カード７１に故障が生じると、同期カード７２は、動作を代わるためにＢＣモードに直ちに再構成される。本実施形態によって、バックアップ同期カードを最適に使用することが可能になる。

図４の実施形態では、ネットワーク要素の構成は、一方が各同期カード用である２つの構成パラメータを搬送する信号メッセージによって制御され得る。これらの構成パラメータは、上記のようなブールパラメータであり得る。

図示した要素、特に種々のモジュールのうちのいくつかは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを使用して、独立型または分散型としてさまざまな形で構築され得る。使用され得るハードウェアコンポーネントは、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはマイクロプロセッサである。ソフトウェアコンポーネントは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、またはＶＨＤＬなどのさまざまなプログラミング言語で記述され得る。この列挙は網羅的なものではない。カードと呼ばれる要素は、モジュールのある種の可能な実装を示すことのみが意図されている。１つまたは複数の物理的なカードにわたる電子機能の分散は、多様な方法でなされ得る。

ネットワーク管理システムは、マイクロコンピュータ、ワークステーション、インターネットに接続された装置、または他の任意の専用もしくは汎用通信デバイスなどのハードウェアデバイスであってもよい。このシステムが走らせるソフトウェアプログラムは、ネットワーク要素を制御するためのネットワーク管理機能を実現する。

本発明は上記の実施形態には限定されない。添付の特許請求の範囲は、ここに記載された基本的な教示に十分含まれる、当業者に想起され得るあらゆる変形構造および代替構造を具体化するものと解釈されるべきである。

動詞「含む（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「備える（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」およびその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。さらに、要素またはステップの前にある冠詞「１つの（ａ）」または「ある（ａｎ）」の使用は、それらの要素またはステップが複数存在することを排除するものではない。

特許請求の範囲において、括弧内に記載されたいずれの参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとはみなされない。

Claims (14)

1. パケット交換ネットワーク（１）のためのネットワーク要素（３０）であって、
   さらなるネットワーク要素との間で同期メッセージを交換するための複数のネットワークポート（３１、３２）と、
   ローカルクロック（４１、１４１）と、
   ネットワークポートを介して同期メッセージが送信または受信されたときに、ローカルクロックによるタイムスタンプの生成をトリガするための、各ネットワークポートに関連付けられたタイムスタンプ生成モジュール（３６）と、
   第１の動作モードおよび第２の動作モードに選択的に構成可能な同期制御モジュール（４３、１４３）と
   を含み、
   第１の動作モードに構成された同期制御モジュールが、
   第１のネットワークポートをスレーブポートとして、第２のネットワークポートをマスタポートとして選択し、
   スレーブポートを介して受信した同期メッセージのタイムスタンプに応じて、ローカルクロックのオフセットを調整し、かつ
   調整されたローカルクロックによりマスタポートを介して獲得されたタイムスタンプを含む同期メッセージを送信するように適合されており、
   第２の動作モードに構成された同期制御モジュールが、
   第１のネットワークポートを介して受信した同期メッセージを第２のネットワークポートに転送し、
   同期メッセージを第２のネットワークポートを介して送信し、かつ
   同期メッセージを送受信するときに取得されるタイムスタンプに応じて、ネットワーク要素内における同期メッセージの滞留時間を計算するように適合されている、
   ネットワーク要素（３０）において、
   同期制御モジュール（４３、１４３）が、構成信号に応じて第１の動作モードおよび第２の動作モードに選択的に構成可能であり、
   ネットワーク要素（３０）が、構成信号を同期メッセージ内の信号オブジェクトとして検出するための検出モジュール（５２）をさらに含み、
   同期制御モジュール（４３、１４３）が、同期メッセージに含まれる信号オブジェクトに応じて、第１の動作モードまたは第２の動作モードに従って同期メッセージを処理することを特徴とする、ネットワーク要素（３０）。
2. ネットワーク管理部（５０）からの構成信号を受信するための管理インターフェース（５１）をさらに含む、請求項１に記載のネットワーク要素。
3. 構成信号が、第１の動作モードにクロック制御モジュールを構成するための第１の値をとり、第２の動作モードにクロック制御モジュールを構成するための第２の値をとるブールパラメータを含む、請求項１に記載のネットワーク要素。
4. ローカルクロック（１４１）が、
   ローカル発振器（５５）と、
   ローカル発振器によって増分され、第１の動作モードで同期制御モジュールによって調整されるように構成されている第１のカウンタ（５６）と、
   ローカル発振器によって増分される第２のカウンタ（５７）と
   を備える、請求項１に記載のネットワーク要素。
5. 同期制御モジュール（１４３）が、第２の動作モードで同期メッセージを送受信するときに、第２のカウンタ（５７）に応じて同期メッセージの滞留時間を計算するように適合されている、請求項４に記載のネットワーク要素。
6. 第２のローカルクロック（７２）と、
   第２の構成信号に応じて第１の動作モードおよび第２の動作モードに選択的に構成可能な第２の同期制御モジュール（７２）と
   をさらに含む、請求項１に記載のネットワーク要素。
7. 第１の動作モードに構成された第１の同期制御モジュール（７１）のうちの一方の故障状態を検出し、かつ
   第２のローカルクロックのオフセットの調整を再開するために、故障検出に応答して、第１の動作モードに第２の同期制御モジュール（７２）を構成するように適合されている保護モジュール（７１、７２）をさらに含む、請求項６に記載のネットワーク要素。
8. 第１の同期制御モジュール（７１）が第１の動作モードに構成され、かつ第２の同期制御モジュール（７２）が第２の動作モードに構成される、請求項６または７に記載のネットワーク要素。
9. 第２のローカルクロックによって生成されたタイムスタンプを、パケットフローに生じるエンドツーエンドのレイテンシを推定するように適合されているアプリケーションに送るためのアプリケーションインターフェース（８０）をさらに含む、請求項８に記載のネットワーク要素。
10. 同期メッセージが、ＩＥＴＦネットワーク時間プロトコルまたはＩＥＥＥ高精度時間プロトコルに従って交換される、請求項１から９のいずれか一項に記載のネットワーク要素。
11. グランドマスタクロックからの、ＰＴＰＶ２管理メッセージに含まれた構成信号を受信するためのインターフェースをさらに含む、請求項１０に記載のネットワーク要素。
12. ネットワークポート（３１）に関連付けられ、かつローカルクロック（４１）を、ネットワークポートで受信した同期物理層信号に同調させるように適合されている物理層モジュール（４８）をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のネットワーク要素。
13. 物理層信号が同期イーサネット規格に従って生成される、請求項１２に記載のネットワーク要素。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のネットワーク要素（３０）と、
    バウンダリクロックとして動作するように適合されている中間ノードと、
    構成信号およびネットワーク要素のネットワークアドレスを含む同期メッセージを生成するように適合されている発信元ノード（２）であって、信号メッセージを、中間ノードを介してネットワーク要素（３０）に送信するように適合されている発信元ノードとを含み、
    中間ノードが、
    同期メッセージを止め、
    構成信号を検出し、かつ
    その構成信号を第２の同期メッセージ内に繰り返し、第２の同期メッセージをネットワーク要素（３０）のネットワークアドレスに送信するように適合されている、パケット交換ネットワーク。

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