JP2023045229A - Information communication system and information communication device - Google Patents
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Abstract
【課題】情報通信の伝搬時間の変動を吸収し、誤差を低減した同期制御が可能な情報通信システム及び装置を提供する。
【解決手段】情報通信システムにおいて、制御部は、マスター装置とスレーブ装置の間で、第1のタイミングに対して所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、第1のタイミングから所定時間以上の第2のタイミングに対して所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部76、第1の情報通信の集合と第2の情報通信の集合から受信間隔時間と送信間隔時間との差分が最小となる情報通信の組を選択する選択部77及びその組に基づいてマスター装置とスレーブ装置とのクロック周波数の偏差を求める周波数偏差演算部78及びその偏差に基づいてマスター装置とスレーブ装置のクロック周波数又は時刻を同期させる同期制御部80を有する。
【選択図】図4
Kind Code: A1 An information communication system and apparatus capable of absorbing variation in propagation time of information communication and performing synchronization control with reduced error are provided.
Kind Code: A1 In an information communication system, a controller controls a set of first information communications, which are a plurality of information communications performed within a predetermined time period with respect to a first timing, between a master device and a slave device. , an interval for calculating the transmission interval time and the reception interval time in the set of the second information communication, which is a plurality of information communications performed within a predetermined time from the first timing to the second timing equal to or longer than the predetermined time. A time calculation unit 76, a selection unit 77 for selecting a set of information communications with the smallest difference between the reception interval time and the transmission interval time from the set of the first information communication and the set of the second information communication, and based on the set It has a frequency deviation calculator 78 for obtaining the clock frequency deviation between the master device and the slave device, and a synchronization controller 80 for synchronizing the clock frequencies or times of the master device and the slave device based on the deviation.
[Selection drawing] Fig. 4
Description
本発明は、複数の情報通信装置の間で通信により同期する情報通信システム及び情報通信装置に関する。 The present invention relates to an information communication system and an information communication device for synchronizing a plurality of information communication devices through communication.
複数の情報通信装置間の一般的な時刻同期方法として、例えば、非特許文献1のIEEE1588 Precision Time Protocol(PTP)が知られている。非特許文献1では、基準時刻を持つマスター装置と、マスター装置の時刻に時刻同期するスレーブ装置とが定義され、マスター装置とスレーブ装置との間で定期的に時刻同期用パケットを交換することでスレーブ装置の時刻を補正する。
IEEE1588 Precision Time Protocol (PTP) of Non-Patent
具体的には、マスター装置からスレーブ装置に送信されるパケットのマスター装置の送信時刻とスレーブ装置の受信時刻、並びにスレーブ装置からマスター装置に送信されるパケットのスレーブ装置の送信時刻とマスター装置の受信時刻を用いて、スレーブ装置においてマスター装置とスレーブ装置との時差である時刻オフセットを推定して補正する。 Specifically, the transmission time of the master device and the reception time of the slave device of the packet transmitted from the master device to the slave device, and the transmission time of the slave device and the reception of the master device of the packet transmitted from the slave device to the master device Using the time, the slave device estimates and corrects the time offset, which is the time difference between the master device and the slave device.
PTPシステムにおいては、マスター装置とスレーブ装置の双方向で情報の送受信をする際に、一方から他方への伝搬時間と、他方から一方への伝搬時間とが同じであることを前提としている。しかしながら、伝搬時間は、ネットワークを構成する装置のバッファリングの時間や、送受信において経由するノードの数等に左右される。このため、現実には、送信と受信の時間に相違が生じて、対称性を維持できない場合が生じる。 In the PTP system, when information is transmitted and received in both directions between the master device and the slave device, it is assumed that the propagation time from one to the other is the same as the propagation time from the other to the other. However, the propagation time depends on the buffering time of the devices forming the network, the number of nodes through which data is transmitted and received, and the like. Therefore, in reality, a difference occurs in the transmission and reception times, and symmetry cannot be maintained.
これに対処するため、PTPシステムにおいては、バウンダリークロック(BC)、トランスペアレントクロック(TC)といったネットワーク中継装置を介することにより、変動する伝搬時間をキャンセルし、伝搬時間の変動に由来する時刻同期精度低下の問題を低減している。BCは、上位のマスター装置から受信した時刻に基づいて、遅延時間や揺らぎを補正して、下位のスレーブに対するマスターとしての時刻を生成する。TCは、パケットの中継時に、中継装置内での滞在時間を付加して下位のスレーブに送信する。 In order to deal with this, in the PTP system, the changing propagation time is canceled by using network relay devices such as boundary clocks (BC) and transparent clocks (TC), and the time synchronization precision derived from the fluctuations in the propagation time is improved. Reduces degradation problems. Based on the time received from the upper master device, the BC corrects the delay time and fluctuations and generates the time as the master for the lower slave. When relaying a packet, the TC adds the stay time within the relay device and transmits the packet to the lower slave.
しかし、一般的に、BC、TCは高価であり、時刻同期システム構築のコスト高を招く。このため、BC、TCを導入せずに、時刻同期精度のシステム要求仕様を満足させる代替案が期待されている。 However, in general, BC and TC are expensive, leading to high costs for constructing a time synchronization system. For this reason, an alternative solution that satisfies the system requirements for time synchronization accuracy without introducing BC and TC is expected.
例えば、特許文献1では、最小パケット時間を用いることにより、伝搬時間の変動を吸収する方式を提唱している。しかし、情報通信の各方向での最小パケット時間を、独立して時々刻々と求めているため、伝搬時間の対称性を評価しておらず、時刻同期精度の低下を招く。
For example,
また、時差変動の主要因は装置間のクロックの周波数偏差であるため、PTPの一部の実装においては、この周波数偏差を求めてキャンセルするオプションが用意されている。しかし、伝搬時間の変動による誤差要因を除去していないため、時刻同期精度の低下を招く。 In addition, since the main cause of time difference fluctuations is clock frequency deviation between devices, some implementations of PTP provide an option to obtain and cancel this frequency deviation. However, since the error factor due to the variation of the propagation time is not removed, the time synchronization accuracy is degraded.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、情報通信の伝搬時間の変動を吸収し、誤差を低減した同期制御が可能な情報通信システム及び情報通信装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides an information communication system and an information communication device capable of absorbing variations in propagation time of information communication and performing synchronous control with reduced errors. That's what it is.
本発明は、複数の情報通信装置が、マスター装置又はスレーブ装置として情報の通信を行う情報通信システムであって、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、前記第1のタイミングから前記所定時間以上の第2のタイミングに対して、前記所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部と、前記送信間隔時間と前記受信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部と、前記選択部により選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置とスレーブ装置とのクロックの周波数の偏差を求める周波数偏差演算部と、前記周波数偏差演算部により求められた周波数の偏差に基づいて、マスター装置とスレーブ装置の前記クロック又は時刻を同期させる同期制御部と、を有する。 The present invention is an information communication system in which a plurality of information communication devices perform information communication as a master device or a slave device, wherein the plurality of information communication is performed within a predetermined time period with respect to a first timing. In a first information communication set and a second information communication set that is a plurality of information communications performed within the predetermined time from the first timing to the second timing longer than the predetermined time , an interval time calculation unit for calculating a transmission interval time and a reception interval time, a selection unit for selecting a set of information communication in which a difference between the transmission interval time and the reception interval time is the smallest, and the selection unit. a frequency deviation calculator for obtaining a clock frequency deviation between the master device and the slave device based on the set of information communication obtained; a synchronization controller for synchronizing the clock or time of the device.
本発明は、他の情報通信装置と情報の通信を行う情報通信装置であって、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、前記第1のタイミングから前記所定時間以上の第2のタイミングに対して、前記所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部と、前記送信間隔時間と前記受信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部と、前記選択部により選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置とスレーブ装置とのクロックの周波数の偏差を求める周波数偏差演算部と、前記周波数偏差演算部により求められた周波数の偏差に基づいて、マスター装置とスレーブ装置の前記クロック又は時刻を同期させる同期制御部と、を有する。 The present invention is an information communication device that communicates information with another information communication device, wherein a set of first information communication is a plurality of information communication performed within a predetermined time with respect to a first timing. and a set of a plurality of information communications performed within the predetermined time from the first timing to the second timing equal to or longer than the predetermined time, in the set of the transmission interval time and the reception interval an interval time calculation unit that calculates time; a selection unit that selects an information communication set in which the difference between the transmission interval time and the reception interval time is the minimum; a frequency deviation calculation unit for obtaining the deviation of the clock frequency between the master device and the slave device based on the frequency deviation calculation unit; and a synchronization control unit for synchronizing.
本発明によれば、情報通信の伝搬時間の変動を吸収し、誤差を低減した同期制御が可能な情報通信システム及び情報通信装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an information communication system and an information communication device capable of absorbing variation in propagation time of information communication and performing synchronization control with reduced error.
以下、実施形態に係る情報通信システム及び情報通信装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an information communication system and an information communication device according to embodiments will be described with reference to the drawings.
[構成]
図1は実施形態に係る情報通信システム100の模式図である。図2は実施形態に係る情報通信システム100を構成する情報通信装置1の機能ブロック図である。図3は情報通信装置1間の通信の態様を示す図、図4は図2の制御部70の機能ブロック図である。
[composition]
FIG. 1 is a schematic diagram of an
本実施形態に係る情報通信システム100は、複数の情報通信装置1からなり、各情報通信装置1が情報通信により同期を図る。マスター装置となる情報通信装置1に対し、スレーブ装置となる情報通信装置1が同期する。マスター装置とは、情報通信システム100において、他の情報通信装置1と同期される対象となる情報通信装置1である。スレーブ装置とは、情報通信システム100において、マスター装置である他の情報通信装置1に対して同期する情報通信装置1である。マスター装置からスレーブ装置への時刻同期を図るための情報である同期情報の送受信を介して、スレーブ装置がマスター装置に同期する。
The
マスター装置となる情報通信装置1をマスター装置CLaとし、スレーブ装置となる情報通信装置1をスレーブ装置CLbとする。マスター装置CLaに対するスレーブ装置CLbは少なくとも1台が存在すればよいが、図1に示すように、複数台のスレーブ装置CLbを備えるシステムであってもよい。
The
マスター装置CLaとスレーブ装置CLbは、有線で情報を通信可能なネットワークを介して接続されている。本実施形態では、情報通信装置1が、有線で情報を送信及び受信することで、同期を図る例を説明する。
The master device CLa and the slave device CLb are connected via a wired network capable of communicating information. In this embodiment, an example will be described in which the
(情報通信装置)
情報通信装置1は、コンピュータを含み構成されており、あらかじめHDDやSSD等の記憶部に記憶されたプログラムを、CPUなどを含むプロセッサが実行することにより、必要な演算を行う。
(Information communication device)
The
具体的には、図2に示すように、情報通信装置1は、通信部10、クロック20、時計30、記憶部50、外部インターフェイス60、制御部70を有する。例えば、各部10~70は、ハードウェアとして構成される。制御部70の各部は、プログラム及びデータを含むソフトウェアにより構成しても良い。制御部70のどの部分をソフトウェアとして構成するかは適宜設計変更可能である。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
通信部10は、他の情報通信装置1との間で情報を送受信する。つまり、通信部10は、情報通信装置1の外部への情報の送信、情報通信装置1の外部からの情報の受信又はこれらの両方を行う。通信部10は、送信器11、受信器12、送信タイミング検出部13、受信タイミング検出部14を有する。
The
送信器11は、入力された情報を送信する機器である。具体的には、送信器11は、情報を最小構成要素に時系列に分解の上、当該情報を外部へ送信する。情報のパケット長(通信情報量)は任意であり、通信毎に異なっていても良い。例えば、マイクから入力された音声信号を音声データに変換する入力部が情報通信装置1に接続され、入力部から情報としての音声データが情報通信装置1に入力される。
The
受信器12は、外部から情報を受信する機器である。具体的には、受信器12は、情報通信装置1の外部から受信した、最小構成要素に時系列に分解された情報を再構成し、情報通信装置1内の他の構成部へ出力する。例えば、音声を出力するイヤーレシーバやスピーカなどの再生部が情報通信装置1に接続され、受信器12が音声データを音声信号に変換して再生部に出力する。このように、送受信される最小構成要素に時系列に分解された情報は、各要素の時系列上の位置、すなわち情報要素位置を特定できる。
The
ここで、情報通信装置1が通信する情報、つまり、送信器11により送信される情報、受信器12により受信される情報には、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間で時刻を同期させるための同期情報が含まれる。本実施形態の同期情報は、同期情報は、少なくとも送信タイミングに対応する時刻の情報を含んでいる。
Here, the information communicated by the
情報通信装置1は、送信器11および受信器12の一方又は双方を有している。双方を有する場合、送信器11および受信器12を排他的に選択して動作させてもよいし、双方同時に動作させてもよい。
The
送信タイミング検出部13は、送信タイミングを検出する。送信タイミングは、送信器11により送信される情報の所定の情報要素位置が、本情報通信装置1の外部へ送信されるタイミングである。この送信タイミングは、後述するクロック20のクロック周期(換言すれば、クロック20の発振するパルスの周期)をベースとして検出される。つまり、送信タイミングは、クロック周期の整数倍に基づいて表現される。
The
また、送信タイミング検出部13は、その検出結果を情報通信装置1内の他の構成へ出力する。ここでいう情報は、例えばパケットであり、この場合、所定の情報要素位置(以下、所定情報要素位置とする)は、ビット位置である。例えば、送信タイミング検出部13は、情報が8個の最小構成要素のビットに時系列に分解される場合、3番目の情報要素位置(ビット位置)が送信されるタイミングを検出し、3番目の情報要素位置(ビット位置)が送信されたタイミングを外部へ出力する。
Also, the transmission
受信タイミング検出部14は、受信タイミングを検出する。受信タイミングは、受信器12により受信される情報の所定情報要素位置が、情報通信装置1の外部から受信されるタイミングである。この受信タイミングは、後述するクロック20のクロック周期をベースとして検出される。つまり、受信タイミングは、クロック周期の整数倍として表現される。
The
また、受信タイミング検出部14は、その検出結果を情報通信装置1内の他の構成へ出力する。例えば、受信タイミング検出部14は、情報が8個の最小構成要素であるビットに時系列に分解される場合、3番目の情報要素位置(ビット位置)が受信されるタイミングを検出し、3番目の情報要素位置(ビット位置)が受信されたタイミングを外部へ出力する。
Also, the
なお、上記の送信タイミング及び受信タイミングの例では、何れも同じ最小構成要素の位置を検出することとしたが、例えば、送信機となる情報通信装置1の送信タイミング検出部13は5番目の要素を検出し、受信機となる情報通信装置1の受信タイミング検出部14は8番目の要素を検出するなど、送受信する情報通信装置1間において各タイミング検出で所定関係(例えば間隔(ここでは3つ))を保つのであれば、必ずしも同じ位置を検出しなくても良く、検出する要素位置のずれは無視又は補正可能である。
In the above example of the transmission timing and the reception timing, the position of the same minimum component is detected. is detected, and the reception
図3は、有線通信を例に、情報通信装置1間のパケット伝送において、パケット内の特定ビット位置を送受信タイミングとして検出し、隣接する送信タイミング及び受信タイミングから、それぞれ送信間隔及び受信間隔を求める構成を示している。
FIG. 3 is an example of wired communication, in packet transmission between
また、送信タイミングは実際に送信されるタイミングから所定時間前後して検出されても良い。受信タイミングは実際に受信されるタイミングから所定時間前後して検出されても良い。これらの所定値は通信部内にて固定的でも、外部から静的または動的に設定されても良い。 Also, the transmission timing may be detected before or after a predetermined time from the actual transmission timing. The reception timing may be detected before or after a predetermined time from the actual reception timing. These predetermined values may be fixed within the communication unit, or set statically or dynamically from the outside.
クロック20は、所定の周波数により発振し、情報通信装置1の各部に動作タイミングを与える信号を出力する。これにより、情報通信装置1内の各部は、クロック20に同期して動作する。情報通信装置1の全体が単一のクロック20に一斉に同期しても良いし、複数のクロック20にて複数の機能部毎に独立して同期しても良い。このクロック20は、固有の有限な発振周波数許容偏差を有する。つまり、クロック20は、所定の発振周波数(例えば10MHz)に対する誤差(例えば20ppm)を有する。クロック20としては、例えば、水晶振動子などの周波数固定の発振器を用いることができる。
The
クロック20は、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとで公称周波数が同じでも、実際には個体差が存在する。すなわち、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbのクロック20の周波数間には周波数偏差が存在する。クロック20は外部より周波数制御信号を入力し、同信号に対応して発振周波数を可変制御しても良い。
Even if the
時計30は、クロック20の出力信号を源振として刻時し、情報通信装置1の起動からの相対的な時刻を出力する。刻時は入力されたクロック信号の分周波に同期しても良い。また、刻時は、1クロックあたりの進み幅が可変であってもよく、クロック周波数が固定であっても間欠的に時計の駆動周波数を制御可能としてもよい。時刻は規定の単位にて参照されるが、この規定値は時計内にて固定的でも、外部から静的または動的に設定されても良い。時計30の相対的な時刻の出力は、例えば外部からの参照要求に応じて行う。
The
記憶部50は、HDD、SSD、メモリ、レジスタなどの記録媒体である。記憶部50は、制御部70で演算を行うのに必要な情報を記憶する。後述の送信タイミング又は受信タイミングに対応する時計30の時刻は、CPU又はソフトウェアを介さず、ハードウェアのみのアクセスで保持できる記録媒体に保持すると良い。ソフトウェアに起因するジッターを排除できるからである。なお、送受信タイミングと時刻との対応付けにおいてソフトウェアのジッターを受けないことが重要であり、送受信タイミングと時刻とが対応付けられた後は、低速なアクセス領域に記憶されても良い。
The
記憶部50としてのメモリは、任意の情報を入出力し、当該情報を指定された記憶領域へ記憶する。情報の記憶は、外部からの記憶要求により行われるが、その際に記憶する情報と記憶領域が入力される。情報の参照は、外部からの参照要求により行われるが、その際に参照情報の記憶領域が入力され、その入力により指定された記憶領域の情報を出力する。情報の記憶の保持は、本装置の動作中のみであっても、動作停止時も含めて永続的であっても良い。
The memory as the
外部インターフェイス60(以下、外部I/F60ともいう。)は、本情報通信装置1内部と外部を接続し、任意の情報を入出力する。情報は、送受信データや時計30の時刻を含む。外部I/F60は、例えば、記憶部50に記憶させる情報を外部から取得する。また、外部I/F60は、受信タイミング検出部14により検出した受信タイミングから送信タイミング検出部13が検出する送信タイミングまでの時間を外部から取得し、当該時間を後述するスケジューラ74で用いても良い。
An external interface 60 (hereinafter also referred to as an external I/F 60) connects the inside and outside of the
なお、マスター装置CLaは、少なくとも同期情報を送信する外部I/F60を有する。スレーブ装置CLbは、少なくとも同期情報を受信する外部I/F60を有する。但し、マスター装置CLaは、同期情報を受信する外部I/F60を有してもよく、スレーブ装置CLbは、同期情報を送信する外部I/F60を有しても良い。さらに、情報通信装置1は、内部状態を制御および表示可能な表示装置等のユーザーインターフェイスを有しても良い。
Note that the master device CLa has an external I/
制御部70は、情報通信装置1の各部の動作全般を制御する。図4は、制御部70の機能ブロック図である。図4に示すように、制御部70は、主制御部71、送受信データI/F72、通信制御部73、スケジューラ74、時刻記録部75、間隔時間演算部76、選択部77、周波数偏差演算部78、時差演算部79、同期制御部80、タイミング情報参照部81を有する。
The
主制御部71は、制御部70内の各部と連携されており、制御部70内の各部の動作を統制する。送受信データI/F72は、記憶部50や外部I/F60の情報を装置外部へ送信可能な形式にする。また、送受信データI/F72は、装置外部から受信した情報を制御部70及び記憶部50に適した形式にする。
The
通信制御部73は、通信部10の動作を統制する。通信制御部73は、通信部10と制御部70との間で送受信情報の入出力をする。
The
スケジューラ74は、情報を送信又は受信するスケジュール(時間)を制御する。例えば、情報を一方向に通信する場合において、送信側のスケジューラ74は、情報の送信間隔を制御したり、情報の送信タイミングが所定時刻に検出されるスケジュールを設定したりする。また、スケジューラ74は、情報を受信してから送信するまでの時間を制御しても良い。通信制御部73は、情報を送信する際、予め設定されたスケジュールの送信タイミング又は検出した送信タイミングに対応する時刻を、その情報に含めることができる。本実施形態においては、スケジューラ74は、後述する第1のタイミング、第2のタイミング及びこれに従った同期情報の送信タイミングを制御する。
A
時刻記録部75は、送信タイミング検出部13により送信された情報の所定情報要素位置の送信タイミングと、当該送信タイミングにおける時計30の時刻とを対応付けて、記憶部50のメモリに記憶させる。この対応付けは、例えば、時刻記録部75が、送信タイミング検出部13から、送信された情報の所定情報要素位置の送信タイミングか検出された旨の信号を受けて、時計30の時刻を参照し、当該時刻と送信タイミングとを対応付ける。
The
また、時刻記録部75は、送信タイミングに対応する時刻を、当該送信する情報に載せる時刻付加部でもある。時刻記録部75は、送信と同様に、受信タイミング検出部14により受信された情報の所定要素位置の受信タイミングと、当該受信タイミングにおける時計30の時刻とを対応付けて、メモリに記憶させる。また、時刻記録部75は、受信タイミングに対応する時刻を、情報に載せて送信器11に送信させる。
The
このように、本実施形態において、「時刻」は、情報の所定情報要素位置の検出された送信タイミング又は受信タイミングに対応する時計30の時刻をいい、「時間」は、当該時刻の差分をいう。
Thus, in this embodiment, "time" refers to the time of the
間隔時間演算部76は、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間での第1の情報通信の集合と第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する。第1の情報通信の集合とは、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である。第2の情報通信の集合とは、第1のタイミングから所定時間以上の第2のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である。
The
所定時間は、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間の情報の伝搬時間に、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbにおけるクロック周波数偏差の影響が表れない間隔時間である。このため、第1のタイミングと第2のタイミングとの間の所定時間を超える間隔時間は、伝搬時間に周波数偏差の影響が表れる。 The predetermined time is an interval time during which the information propagation time between the master device CLa and the slave device CLb is not influenced by the clock frequency deviation between the master device CLa and the slave device CLb. Therefore, an interval time exceeding a predetermined time between the first timing and the second timing affects the propagation time due to the frequency deviation.
送信間隔時間は、第1のタイミングの送信時刻と第2のタイミングの送信時刻との差分である。送信間隔時間は、受信した情報に含まれる送信時刻を参照し、二つの送信間の時刻差より求める。受信間隔時間は、受信タイミングに対応する時刻を時計30より参照し、二つの受信間の時刻差により求める。二つの送信時刻、二つの受信時刻は、受信した情報から直接読み出しても良いし、記憶部50から読み出しても良い。
The transmission interval time is the difference between the transmission time of the first timing and the transmission time of the second timing. The transmission interval time is obtained from the time difference between two transmissions by referring to the transmission time included in the received information. The reception interval time is obtained from the time difference between two receptions by referring to the time corresponding to the reception timing from the
選択部77は、第1の情報通信の集合と第2の情報通信の集合から、受信間隔時間と送信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する。この組は、後述するように、伝搬時間の変動が最小なものと見做すことができる。
The
周波数偏差演算部78は、選択部77により選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとのクロック周波数の偏差を求める。つまり、周波数偏差演算部78は、被同期対象の情報通信装置1(マスター装置CLa)のクロック周波数と、同期対象の情報通信装置1(スレーブ装置CLb)のクロック周波数の偏差を演算する。このクロック周波数(以下、単に「周波数」ともいう。)の偏差は、周波数比として表現される値である。つまり、周波数偏差を求めることは、周波数比を求めることと同義である。本実施形態の周波数偏差演算部78は、例えば、選択部77により選択された情報通信の組における受信間隔時間を、送信間隔時間で除することにより、周波数比を求める。
The
本実施形態では、周波数比は、マスター機のクロック周波数に対するスレーブ機のクロック周波数の比(以下、単に周波数比ともいう場合がある。)である。つまり、周波数偏差は、マスター機のクロック周波数とスレーブ機のクロック周波数のずれである。 In this embodiment, the frequency ratio is the ratio of the clock frequency of the slave device to the clock frequency of the master device (hereinafter also simply referred to as frequency ratio). In other words, the frequency deviation is the difference between the clock frequency of the master device and the clock frequency of the slave device.
時差演算部79は、所定時間内のマスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間の複数の情報通信の集合において、時差の誤差が最少の集合のうち、最も数が多い集合に対応する時差を求める。
The
同期制御部80は、周波数偏差演算部78により求めた周波数比に基づいて、クロック20又は時計30を制御する。すなわち、同期制御部80は、周波数偏差演算部78により求めた周波数比を1とするように、クロック20の発振周波数を制御する。例えば、クロック20が水晶振動子を含み構成される電圧制御水晶発振器からなる場合、当該発振器に印加する電圧を制御することで、周波数比を1とし、被同期装置(マスター機)となる情報通信装置1とクロック周波数の同期を図る。
The
また、同期制御部80は、周波数偏差演算部78により求めた周波数比に基づいて、被同期装置(マスター装置CLa)となる情報通信装置1との時間のずれ、つまり時差を演算し、その時差に基づいて時計30の刻時する値を補正する。本実施形態においては、時差演算部79により時差を求めることができ、求めた時差に基づいて、同期制御部80が時刻を補正できる。補正は、例えば、時計30自体を制御して刻時を補正しても良い。或いは、時計30が時刻を出力する際に時差に基づいて補正しても良い。すなわち、時計30の刻時自体は補正せず、時計30が時刻を出力する際にずれ分を補正した時刻を出力するように時計30を制御しても良い。
In addition, the
タイミング情報参照部81は、同期制御部80から出力されるタイミング情報を参照し、これに同期するように所望の処理を実行する。タイミング情報は、周期的なタイミング信号と、指定されたタイミングに一意に対応する時刻情報により構成される。同期制御部80は、タイミング情報に基づいて、他の情報通信装置1と同期することができる。
The timing
[伝搬時間に対称性がある場合の時差の計測]
次に、伝搬時間に対称性がある場合の伝搬時間及び時差の計測について、図5を参照して説明する。図5は、有線通信を例に、一対のマスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間で、それぞれのクロック間の時差および情報の伝搬時間と、情報通信により観測される送受信タイミングとの関係を示す。
[Measurement of time difference when propagation time is symmetrical]
Next, the measurement of the propagation time and the time difference when the propagation time is symmetrical will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the time difference between the respective clocks, the information propagation time, and the transmission/reception timing observed by information communication between a pair of master device CLa and slave device CLb, using wired communication as an example. .
なお、ここでのマスター装置CLaが送信する同期情報、及び、スレーブ装置CLbが送信する別の同期情報とは、同期するためにタイミングを計る目的のものであり、当該同期情報にはマスター装置CLaの送信時刻等が載せられているが、当該同期情報及び当該別の同期情報の中身は任意である。 Note that the synchronization information transmitted by the master device CLa and the separate synchronization information transmitted by the slave device CLb here are for the purpose of measuring timing for synchronization, and the synchronization information contains the master device CLa. However, the contents of the synchronization information and the other synchronization information are arbitrary.
図5に示すように、マスター装置CLaが情報を時刻ta,Tに送信し、伝搬時間dを経て時刻tb,Rにスレーブ装置CLbが受信する。Δtb後に別の情報を、スレーブ装置CLbが時刻tb,Tに送信し、同じく伝搬時間dを経てマスター装置CLaが時刻ta,Rに受信する。 As shown in FIG. 5, information is transmitted by the master device CLa at time ta,T and received by the slave device CLb at time tb,R after a propagation time d. After Δtb , another piece of information is transmitted by slave device CLb at time tb,T and received by master device CLa at time ta,R, also after propagation time d.
ここで、マスター装置CLaにおける送信から受信までの間隔をΔtaとし、スレーブ装置CLbにおける受信から送信までの間隔をΔtbとし、マスター装置CLaの送信タイミングta,Tと同一のタイミングが、スレーブ装置CLbではt´a,Tとして観測されるものとする。このため、ある瞬間のマスター装置CLaを基準としたスレーブ装置CLbとの、クロック20間の時差gは、式(1)のとおり求めることができる。さらに、同じ瞬間のスレーブ装置CLbを基準とするマスター装置CLaとのクロック間の時差は、-gと表すことができる。
Here, the interval from transmission to reception in the master device CLa is Δt a , the interval from reception to transmission in the slave device CLb is Δt b , and the same timing as the transmission timing t a,T of the master device CLa is It is assumed to be observed as t'a ,T in the device CLb. Therefore, the time difference g between the master device CLa and the slave device CLb at a given moment between the
なお、上記のように、マスター装置CLaからのスレーブ装置CLbへの伝搬時間dとスレーブ装置CLbからマスター装置CLaへの伝搬時間dは同じ、つまり情報通信の方向において対称であることを前提としている。 As described above, it is assumed that the propagation time d from the master device CLa to the slave device CLb and the propagation time d from the slave device CLb to the master device CLa are the same, that is, symmetrical in the direction of information communication. .
これらの条件から、伝搬時間dは、式(2)の通り、求めることができる。
From these conditions, the propagation time d can be obtained as shown in Equation (2).
よって、クロック20間の時差gは、式(2)を用いて、式(3)の通り求めることができる。
Therefore, the time difference g between the
スレーブ装置CLbの同期制御部80は、クロック20間の時差gが0となるように、クロック周波数や時刻を繰り返し調整することにより、マスター装置CLaに対して時刻同期することができる。
The
マスター装置CLaとスレーブ装置CLbのクロック周波数が同一であれば、すなわち、クロックドメインが単一であれば、時刻を一旦調整するのみで時刻同期可能であるが、一般的に2クロック間には周波数偏差が存在するため、時刻同期にはクロック周波数の調整が必須となる。クロック周波数を直接的に調整できないシステムであっても、1クロックあたりの刻時の進み幅を繰り返し調整することにより、時計30の駆動周波数を制御し、時刻同期できる。これらの周波数調整においては、同期位相を入力とし、周波数調整値を出力とする閉ループ制御を定期的に行い、入力される同期位相が0となるように出力値を制御する。
If the clock frequencies of the master device CLa and the slave device CLb are the same, that is, if the clock domain is single, time synchronization can be achieved only by adjusting the time once. Due to deviations, clock frequency adjustment is essential for time synchronization. Even in a system in which the clock frequency cannot be directly adjusted, it is possible to control the driving frequency of the
なお、送受信タイミング間にある、伝搬時間や内部遅延は、システムの要求条件などにより無視または補正可能である。また、マスター装置CLaから同期情報の送信を開始するのではなく、スレーブ装置CLbから同期情報を送信するようにしてもよい。さらに、情報通信に必要なインターフェイス数は1で必要十分であるが、例えば、送信と受信のインターフェイスを独立して実装するなど、複数インターフェイスを同時に使用する構成としてもよい。 Propagation time and internal delay between transmission and reception timings can be ignored or corrected depending on system requirements. Also, the synchronization information may be transmitted from the slave device CLb instead of starting the transmission of the synchronization information from the master device CLa. Furthermore, although one interface is sufficient for information communication, a configuration in which multiple interfaces are used at the same time, such as independent implementation of transmission and reception interfaces, is also possible.
[時差と伝搬時間の変動の影響]
上記の説明は、時差が一定であり、伝搬時間が情報通信の方向において対称であることを前提としている。しかしながら、実際の情報通信装置1の間のクロック20の公称周波数に対する周波数偏差は異なり、時々刻々と変動する。このため、情報通信装置1の間の時差も変動し、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbが接続されるネットワークシステムによっては、情報の伝搬経路や通信の調停が影響し、図6に示すように、伝搬時間は非対称となることが一般的である。
[Influence of time difference and propagation time variation]
The above description assumes that the time difference is constant and that the propagation times are symmetrical in the direction of information communication. However, the frequency deviation from the nominal frequency of the
すなわち、ある瞬間のマスター装置CLaとスレーブ装置CLbの間の時差gb/aと、その後、一定期間経過した同じマスター装置CLaとスレーブ装置CLbの間の時差ga/bは同一にはならない。また、マスター装置CLaからスレーブ装置CLbへの情報の伝搬時間db/aは、スレーブ装置CLbからマスター装置CLaへの情報の伝搬時間da/bと同一にならないことが一般的である。なお、図6での時差は、図5での時差と表現を合わせるために、gb/aとga/bは同符号であり、gb/a・ga/b≧0としている。さらに、上記のように、時差と伝搬時間は時々刻々と変動し、ある瞬間に観測された時差gb/a[m]と伝搬時間db/a[m]は、異なる瞬間に観測された時差gb/a[n]と伝搬時間db/a[n]とは、それぞれ異なることが一般的である。 In other words, the time difference gb/a between the master device CLa and the slave device CLb at a certain moment is not the same as the time difference ga /b between the same master device CLa and the slave device CLb after a certain period of time has passed. Further, the propagation time d b/a of information from the master device CLa to the slave device CLb is generally not the same as the propagation time d a/b of information from the slave device CLb to the master device CLa. Note that the time difference in FIG. 6 has the same sign as g b/a and g a/b and g b/ a · ga/b ≧0 in order to match the expression with the time difference in FIG. 5 . Furthermore, as described above, the time difference and the propagation time fluctuate from moment to moment, and the time difference g b/a [m] observed at one instant and the propagation time d b/a [m] observed at a different instant The time difference g b/a [n] and the propagation time d b/a [n] are generally different.
ここで、図6の各時間の関係から、伝搬時間db/a,da/bと時差gb/a,ga/bを用いて、式(2)、(3)を、それぞれ式(4)、(5)のとおり整理する。
Here, from the relationship of each time in FIG. 6, using the propagation times d b/a and d a/b and the time differences g b/a and g a/b , equations (2) and (3) are converted into equations Organize as shown in (4) and (5).
式(2)では、対称性を前提として伝搬時間を求めることができたが、式(4)では、伝搬時間の平均値に時差の変動成分が含まれてしまうことがわかる。同様に、式(3)では、時差が一定であることを前提として、時差を求めることができたが、式(5)では、時差の平均値に伝搬時間の変動成分が含まれてしまうことがわかる。このように時差及び伝搬時間の変動成分が含まれると、時刻同期の精度の低下を招くことになる。 In equation (2), the propagation time can be obtained on the premise of symmetry, but in equation (4), it can be seen that the average value of the propagation time includes the fluctuation component of the time difference. Similarly, in equation (3), the time difference could be obtained on the premise that the time difference is constant. I understand. If the time difference and propagation time fluctuation components are included in this way, the precision of time synchronization will be lowered.
[時差と伝搬時間の変動による誤差]
時刻同期システムにおいて、時差と伝搬時間の変動が生じさせる時刻同期の誤差を説明する。まず、式(4)、(5)の両式を合成し、式(6)に示すように行列形式に変形する。
[Errors due to variations in time difference and propagation time]
In the time synchronization system, the time synchronization error caused by the time difference and the variation of the propagation time will be explained. First, both equations (4) and (5) are synthesized and transformed into a matrix form as shown in equation (6).
ここで、二次元の回転行列Rθを式(7)とする。
Here, the two-dimensional rotation matrix R θ is represented by Equation (7).
すると、式(6)の共通因数に着目して、式(7)のRθを用いることにより、式(6)は式(8)のように変形できる。
Then, by focusing on the common factor of Equation (6) and using R θ in Equation (7), Equation (6) can be transformed into Equation (8).
図7に示すように、横軸がマスター装置CLaからスレーブ装置CLbへ通信を行った場合の時差gb/a及び伝搬時間db/aの成分、縦軸がスレーブ装置CLbからマスター装置CLaへ通信を行った場合の時差ga/b及び伝搬時間da/bの成分とする二次元空間を考える。すると、(gb/a -ga/b)Tを時差ベクトルg、(db/a da/b)Tを伝搬時間ベクトルdとすれば、式(8)の変動誤差を含んだ時差と伝搬時間を要素とする同期状態ベクトルs=(gd dg)Tは、時差ベクトルgと伝搬時間ベクトルdの和を、同空間上に+π/4回転させて、各次元をスケーリングしたものと解釈できる。 As shown in FIG. 7, the horizontal axis represents the components of the time difference g b/a and the propagation time db /a when communication is performed from the master device CLa to the slave device CLb, and the vertical axis represents the components from the slave device CLb to the master device CLa. Consider a two-dimensional space with components of time difference g a/b and propagation time d a/b when communication is performed. Then, if (g b/a − g a/b ) T is the time difference vector g and (d b/a d a/b ) T is the propagation time vector d, then the time difference including the variation error in Equation (8) and the propagation time vector s=(g d d g ) T is the sum of the time difference vector g and the propagation time vector d, rotated +π/4 on the same space, and scaled in each dimension. can be interpreted as
式(8)の操作において、時差ベクトルgの要素gb/a、ga/bに変動がなく、伝搬時間ベクトルdの要素db/a、da/bに変動がない、すなわち、gb/a=ga/bかつdb/a=da/bであるとき、図7に示すように、同期状態ベクトルsは、dg成分とgd成分に直交分解すれば、誤差を含まず時差と遅延時間を求めることができることがわかる。 In the operation of equation (8), there is no change in the elements g b/a , g a/b of the time difference vector g and no change in the elements d b/a , d a/b of the propagation time vector d, that is, g When b/a = g a/b and d b/a = d a/b , the synchronization state vector s can be orthogonally decomposed into d g component and g d component as shown in FIG. It can be seen that the time difference and the delay time can be obtained without including the time.
しかし、一般的には、図8に示すように、時差ベクトルgと伝搬時間ベクトルdは、それぞれの要素に変動誤差を含む。このため、直交成分のそれぞれに互いの誤差が合成されることにより、式(8)の操作だけでは、時差と伝搬時間から誤差を取り除くことはできず、時刻同期精度の低下を招いてしまう。 However, generally, as shown in FIG. 8, the time difference vector g and the propagation time vector d contain fluctuation errors in their respective elements. For this reason, the orthogonal components are combined with each other's errors, so that the error cannot be removed from the time difference and the propagation time only by the operation of Equation (8), resulting in deterioration of the time synchronization accuracy.
式(4)、(5)は、線形従属であるため、他の独立した操作を導入しなければ、解析的に解は求められないが、同期情報の送受信タイミング計測のみでは、図7に示すベクトルとなるような新たな独立操作を見出すことはできない。このため、変動誤差を除去するには、別のアプローチを導入する必要がある。 Since the equations (4) and (5) are linearly dependent, an analytical solution cannot be obtained unless another independent operation is introduced. It is not possible to find new independent operations that result in vectors. Therefore, another approach needs to be introduced to remove the variation error.
[動作]
以上を前提として、本実施形態の情報通信システム100の動作を説明する。まず、本実施形態の動作の概要を、図9のフローチャートを参照して説明する。通信制御部73は、スケジューラ74に従って、第1の情報通信、第2の情報通信を行う(ステップS101、S102)。これは、後述するように、マスター装置CLaが、第1のタイミングであるタイミングmからバースト的に複数の同期情報の送信を行い、タイミングmからLg[n]の時間間隔を隔てた第1のタイミングであるタイミングnからバースト的に複数の同期情報の送信を行うことに相当する(図10参照)。以下、このように比較的短時間に多数の送信を連続して行くことをバースト送信とも呼ぶ。
[motion]
Based on the above, the operation of the
次に、間隔時間演算部76が、第1の情報通信の集合、第2の情報通信の集合における送信間隔時間と受信間隔時間を演算する(ステップS103)。これは、時刻記録部75が記憶部50に記録した又は受信した情報から読み出した送信時刻ta,T[n],ta,T[m],受信時刻tb,R[n]、tb,R[m]から、後述する送信間隔時間(ta,T[n]-ta,T[m],受信間隔時間(tb,R[n]-tb,R[m])を求めることに相当する。
Next, the interval
選択部77は、送信間隔時間と受信間隔時間の差分とが、最小となる情報通信の組を選択し(ステップS104)、周波数偏差演算部78は、選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置CLa、スレーブ装置CLbの周波数比、つまり周波数偏差を求め(ステップS105)、時差演算部79が時差を求める(ステップS106)。これらの詳細は後述する。
The
以上の周波数偏差及び時差を補正することにより、同期制御部80は、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとのクロック周波数又は時刻の同期制御を行う(ステップS107)。なお、同期制御部80による同期制御は、周波数偏差及び時差が0(周波数比が1)に収束するまで、フィードバックにより繰り返し行われる。
By correcting the above frequency deviation and time difference, the
[伝搬時間変動下での周波数偏差推定]
次に、選択部77による情報通信の組の選択(ステップS104)と周波数偏差演算部78による周波数偏差の演算(ステップS105)について詳述する。
[Frequency deviation estimation under propagation time fluctuation]
Next, the selection of information communication pairs by the selector 77 (step S104) and the calculation of the frequency deviation by the frequency deviation calculator 78 (step S105) will be described in detail.
まず、時刻同期に使用される各情報通信装置1のクロック20の発信周波数fは、公称周波数fNに対して、周波数偏差eを含む。さらに、周波数偏差eは、クロック20の力学的、電磁気的な動作環境に応じて、時々刻々と変動するため、観測タイミングnにおける発信周波数f[n]と周波数偏差e[n]の関係は、式(9)の通り表すことができる。
First, the transmission frequency f of the
なお、周波数偏差は1よりも十分に小さく、r[n]は周波数比を表す。各クロックは、公称周波数に対する許容周波数偏差が決まっているが、上記のように、実際の周波数偏差は時々刻々と変動するため、正確に把握できるわけではない。
Note that the frequency deviation is sufficiently smaller than 1, and r[n] represents the frequency ratio. Each clock has a permissible frequency deviation from the nominal frequency, but as described above, the actual frequency deviation fluctuates from moment to moment, so it cannot be accurately grasped.
図10は、マスター装置CLaからスレーブ装置CLbへ情報通信する際の送受信タイミングと時差および伝搬時間の関係を表している。両装置とも、時刻同期で使用するクロック20の公称周波数は同一であるが、周波数偏差はマスター装置CLaがea[n]、スレーブ装置CLbがeb[n]である。マスター装置CLaからスレーブ装置CLbへ多数のパケットを送信すると、時間の経過に従って、周波数偏差eによって徐々に時差が生じる。また、各伝搬時間にはばらつきがある。このような状況から周波数偏差eを求める。
FIG. 10 shows the relationship between the transmission/reception timing, the time difference, and the propagation time when information is communicated from the master device CLa to the slave device CLb. Both devices have the same nominal frequency of the
このとき、マスター装置CLaから見たスレーブ装置CLbの周波数偏差は、(eb[n]‐ea[n])で表される。その際の周波数比rb/a[n]は、rb/a[n]=1+(eb[n]‐ea[n])と表すことができる。同様に、スレーブ装置CLbから見たマスター装置CLaの周波数偏差は、(ea[n]‐eb[n])で表される。その際の周波数比ra/b[n]は、ra/b[n]=1+(ea[n]‐eb[n])と表すことができる。周波数比は、周波数偏差が0の場合に1となり、(eb[n]‐ea[n])、(ea[n]‐eb[n])は、周波数偏差のない1の状態に対するずれ量を表す。 At this time, the frequency deviation of the slave device CLb seen from the master device CLa is represented by ( eb [n] -ea [n]). The frequency ratio rb /a [n] at that time can be expressed as rb /a [n]=1+( eb [n]-ea[ n ]). Similarly, the frequency deviation of the master device CLa seen from the slave device CLb is represented by (e a [n]-e b [n]). The frequency ratio ra /b [n] at that time can be expressed as ra /b [n]=1+( ea [ n ]-eb[n]). The frequency ratio is 1 when the frequency deviation is 0, and (e b [n] - ea [n]), ( ea [n] - eb [n]) is 1 with no frequency deviation. represents the amount of deviation from
情報通信装置1のそれぞれのクロック20には、公称周波数に対する許容偏差が規定され、この範囲で時々刻々と変化している。各情報通信装置1のクロック周波数が異なると、刻時の進み幅も異なり、時々刻々と時差が生じるため、gb/a[m]≠ga/b[n]となる観測タイミングもあり、情報通信装置1間の時間演算では、周波数偏差を考慮した補正が必要となる。補正が行われないと、時間演算に誤差が生じ、時刻同期精度の低下を招く。
Each
図10において、第1のタイミングであるタイミングmから第2のタイミングであるタイミングnまでのマスター装置CLaから見たスレーブ装置CLbの平均周波数比をrb/a[n,m]とすれば、式(10)の関係が成立する。
In FIG. 10, if the average frequency ratio of the slave device CLb seen from the master device CLa from the first timing (timing m) to the second timing (timing n) is r b/a [n, m], then The relationship of formula (10) is established.
式(10)から、gb/a[n]=gb/a[m]+(rb/a[n,m]-1)(ta,T[n]-ta,T[m])と表すことができ、周波数偏差の影響で時差が変化することがわかる。 From equation (10), g b/a [n]=g b/a [m]+(r b/a [n, m]−1)(t a, T [n]−t a, T [m ]), and it can be seen that the time difference changes due to the influence of the frequency deviation.
なお、式(10)では、伝搬時間に周波数偏差を作用させず補正不要としている。つまり、周波数比rb/a[n,m]をdb/a[n]に乗じて加算する場合も、乗じることなく加算する場合もほぼ等しいものとしている。これは、クロック20が公称周波数fN、見かけの周波数偏差e[n]の情報通信装置1間において、両装置での観測時間に時差が生じる最小時間Lg[n]は、式(11)の通り表すことができるが、一般的に、伝搬時間は、この最小時間Lg[n]よりも小さいためである。なお、TN=1/fNとした。つまり、伝搬時間は非常に小さい値なので、これに周波数偏差を作用させたとしても、その影響が表れない。すなわち、タイミングmから同期情報の送信を行う所定時間内、タイミングnからの同期情報の送信を行う所定時間内とは、この最小時間Lg[n]よりも小さい(未満の)時間である。
In addition, in Equation (10), the frequency deviation is not applied to the propagation time, and no correction is required. That is, the case of multiplying and adding the frequency ratio r b/a [n, m] to d b/a [n] is substantially the same as the case of adding without multiplying. This is because the minimum time L g [n] at which there is a time difference between the observation times of both devices between the
一方、選択する情報通信の組の間隔については、Lg[n]未満の場合には、式10のように求めようとしても、周波数偏差の影響が現れず、周波数偏差が1、つまり偏差無しになってしまう。よって、情報通信の送受信タイミングから周波数偏差を観測するには、Lg[n]以上の時間を隔てた情報通信の組を選択する必要がある。すなわち、タイミングmとタイミングnの間隔時間は、所定時間以上の時間(所定時間以上経過した時間)、つまり伝搬時間に周波数偏差の影響が表れる最小時間Lg[n]以上の時間である。
On the other hand, when the interval of the information communication group to be selected is less than L g [n], even if it is calculated as in
Lg[n]も時々刻々と変化して直接求めることはできないが、クロック20の許容周波数偏差をeとすれば、同種のクロック20を使用する装置間の見かけの周波数偏差の絶対値は、|2e|を超えることはない。このため、Lg[n]=TN/|2e|を情報通信の組の選択基準とする。この基準により選択したタイミングmとタイミングnの情報通信から、2つの式(10)を得て、これらの2つの式から、式(12)の通り、周波数比rb/a[n,m]を求めることができる。
L g [n] also changes from moment to moment and cannot be obtained directly. It never exceeds |2e|. Therefore, L g [n]=T N /|2e| is used as a selection criterion for information communication sets. Two equations (10) are obtained from the communication of timing m and timing n selected according to this criterion, and from these two equations, the frequency ratio r b/a [n, m] is obtained as equation (12). can be asked for.
この基準により選択したタイミングmとタイミングnの情報通信から、式(10)に基づいて2つの式を得る。1つの式は、タイミングnについての式であり、上記の式(10)で示したtb,R[n]の通りである。もう1つの式(10)´は、タイミングmについての式であり、上記の式(10)のnをmとしたtb,R[m]=ta,r[m]+gb/a[m]+db/a[m]となる。このため、式(10)から式(10)´を引く、つまりtb,R[n]-tb,R[m]をすると、式(12)の通り、周波数比rb/a[n,m]を求める式ができる。 Two equations are obtained based on equation (10) from information communication of timing m and timing n selected according to this criterion. One formula is a formula for timing n, which is t b,R [n] shown in formula (10) above. Another equation (10)′ is an equation for timing m, where t b,R [m]=t a,r [m]+g b/a [ m]+d b/a [m]. Therefore, subtracting equation (10)′ from equation (10), that is, t b,R [n]−t b,R [m] yields the frequency ratio r b/a [n , m].
しかし、式(12)の分子の後半の項である伝搬時間の変動(db/a[n]-db/a[m])は、直接観測することができず、周波数偏差の誤差として含まれてしまう。このため、(db/a[n]-db/a[m])がゼロとなりキャンセルされれば、理想的な周波数偏差を求めることができる。 However, the propagation time variation (d b/a [n] - d b/a [m]), which is the latter term of the numerator of Equation (12), cannot be directly observed, and is expressed as the frequency deviation error be included. Therefore, if (d b/a [n]-d b/a [m]) becomes zero and is canceled, an ideal frequency deviation can be obtained.
ここで、この誤差を最少化するために、式(12)を得た2つの式(10)、式(10)´より、式(13)を得る。
Here, in order to minimize this error, the formula (13) is obtained from the two formulas (10) and (10)' from which the formula (12) was obtained.
図10に示すように、タイミングmに対して、周波数偏差の影響が表出しない時間kLg(上記の所定時間)以内を隔てたタイミングm+m´までにm´+1回の情報通信を行う。つまり、短時間でバースト的に通信を行う。ここで、kは、時刻同期システムの要求精度に応じて設定可能な正の係数とする。同様に、タイミングnに対して、周波数偏差の影響が表出しない時間kLg以内を隔てたタイミングn+n´までにn´+1回の情報通信を行う。つまり、短時間でバースト的に通信を行う。 As shown in FIG. 10, information communication is performed m'+1 times by timing m+m', which is within the time kLg (predetermined time above) in which the influence of the frequency deviation does not appear with respect to timing m. In other words, communication is performed in bursts in a short period of time. Here, k is a positive coefficient that can be set according to the required accuracy of the time synchronization system. Similarly, information communication is performed n'+1 times by timing n+n' which is within the time kLg in which the influence of the frequency deviation does not appear with respect to the timing n. In other words, communication is performed in bursts in a short period of time.
これらのタイミングmに関する情報通信の集合から、1つ取り出した情報通信のタイミングをm*とし、タイミングnに関する情報通信の集合から、1つ取り出した情報通信のタイミングをn*とする。それらの情報通信を用いて、式(13)を求めた場合、時差の変動(gb/a[n*]-gb/a[m*])は、同一の値を取るものと見做せる。つまり、式(13)の左辺の後半の項(gb/a[n*]-gb/a[m*])は一定の値であって、変動しないものと見做すことができる。このため、式(13)の右辺を最少化できれば、左辺の前半の項(db/a[n]-db/a[m])について最少化できると考えられる。ここで、式(13)の右辺は、受信間隔時間と送信間隔時間との差分である。 Let m * be the timing of one information communication extracted from the set of information communications related to timing m, and let n * be the timing of one information communication extracted from the set of information communications related to timing n. When Equation (13) is obtained using these information communications, the variation in the time difference (g b/a [n * ] - g b/a [m * ]) is assumed to take the same value. Let That is, the latter term (g b/a [n * ]− g b/a [m * ]) on the left side of equation (13) is a constant value and can be regarded as not fluctuating. Therefore, if the right side of equation (13) can be minimized, the first half term (d b/a [n]−d b/a [m]) of the left side can be minimized. Here, the right side of Equation (13) is the difference between the reception interval time and the transmission interval time.
以下、式(13)の左辺の前半の項をd差分(伝搬時間の変動による差分)と称し、後半の項をg差分(時差の変動による差分)と称する。ここで、d差分とg差分とは、情報通信の送受信タイミングを用いる操作のみでは、分離して観測することはできない。ここで、一般的には、非同期な状態ではg差分がd差分を上回り、同期途中でg差分とd差分が同等となり、同期が安定するとg差分がd差分を下回るように推移する。そこで、d差分とg差分の大小関係を仮想的に分類して、d差分による式(12)の誤差を整理する。 Hereinafter, the first half term of the left side of Equation (13) will be referred to as d difference (difference due to variation in propagation time), and the second half term will be referred to as g difference (difference due to variation in time difference). Here, the d-difference and the g-difference cannot be observed separately only by an operation using transmission/reception timing of information communication. Here, in general, the g difference exceeds the d difference in an asynchronous state, the g difference and the d difference become equal in the middle of synchronization, and when the synchronization stabilizes, the g difference transitions to be lower than the d difference. Therefore, the magnitude relationship between the d-difference and the g-difference is virtually classified, and the error of the equation (12) due to the d-difference is organized.
g差分の絶対値がd差分の絶対値よりも大きく支配的である場合、例えば、それらの比が10以上である場合、いかなるm*とn*を選択しても、d差分オーダーの誤差を伴って、式(13)は一定の値を取り、式(12)から周波数比を求めることができる。すなわち、周波数偏差の粗調が可能である。 If the absolute value of the g-difference is more dominant than the absolute value of the d-difference, e.g., if their ratio is 10 or more, then any choice of m * and n * will lead to an error of the order of d-difference. Accordingly, equation (13) takes a constant value, and the frequency ratio can be obtained from equation (12). That is, coarse adjustment of the frequency deviation is possible.
一方、d差分の絶対値がg差分の絶対値よりも大きく支配的である場合、例えば、それらの比が10以上である場合、すべてのm*とn*の組み合わせである(m´+1)(n´+1)組の式(13)を求めて、それらの集合から、右辺が最少となる組み合わせを選択すれば、|db/a[n*]-db/a[m*]|も最小と見做すことができる。すなわち、式(12)から周波数比rb/a[n*,m*]を誤差最小で求めることができる。つまり、伝搬時間の誤差が最少である組み合わせに基づいて、周波数比を得ることができる。 On the other hand, if the absolute value of the d-difference is greater and dominant than the absolute value of the g-difference, e.g., if their ratio is 10 or greater, then all m * and n * combinations are (m′+1) If (n′+1) pairs of equation (13) are obtained and a combination that minimizes the right side is selected from the set, |d b/a [n * ]−d b/a [m * ]| can also be considered minimal. That is, the frequency ratio r b/a [n * , m * ] can be obtained with the minimum error from equation (12). In other words, the frequency ratio can be obtained based on the combination that minimizes the propagation time error.
但し、d差分の絶対値とg差分の絶対値が同程度の大きさである場合、式(13)の右辺を最少化する操作は、実際の周波数比によらず、式(12)を1に近づけてしまい、情報通信装置1間のクロック20の周波数偏差が無いものと誤る。
However, when the absolute value of the d-difference and the absolute value of the g-difference are about the same size, the operation to minimize the right side of the equation (13) is performed by changing the equation (12) to 1, regardless of the actual frequency ratio. , and it is erroneously assumed that there is no frequency deviation of the
ここで、m´とn´を同程度として、タイミングmとタイミングnの近傍で、それぞれ情報通信を行う。このとき、タイミングmの近傍で求まる式(14)の集合{Sb/a[m+k]|0≦k≦m´}の確率密度分布などの統計量と、タイミングn近傍で求まる式(14)の集合{Sb/a[n+k]|0≦k≦m´}の確率密度分布などの統計量とは、通信経路又は通信経路上のネットワーク装置の特性が不連続に切り替わらない限り、相関があると言える。なお、ここで言う統計量とは、例えば、確率密度分布の他、平均値や中央値、最小値や最大値、相互相関に関する量などが挙げられる。また、ここで言うタイミングm、nの近傍とは、例えば、タイミングm又はタイミングnから上記の所定時間内、つまり最小時間Lg[n]未満の時間である。 Here, with m' and n' being about the same, information communication is performed near timing m and timing n, respectively. At this time, the statistics such as the probability density distribution of the set {S b/a [m+k]|0≦k≦m′} of Equation (14) obtained near timing m and Equation (14) obtained near timing n The set of {S b/a [n+k]|0≤k≤m'} is a statistical quantity such as the probability density distribution, unless the characteristics of the communication path or the network devices on the communication path switch discontinuously, the correlation is I can say there is. Note that the statistical quantity referred to here includes, for example, an average value, a median value, a minimum value, a maximum value, an amount related to cross-correlation, etc., in addition to the probability density distribution. Further, the vicinity of the timings m and n referred to here is, for example, the time within the predetermined time from the timing m or the timing n, that is, the time less than the minimum time Lg[n].
すなわち、図11に示すように、タイミングm近傍のSb/a[m+k]の集合による確率密度分布と、タイミングn近傍のSb/a[n+k]の集合による確率密度分布とは、相関はあるが、情報通信装置1間のクロック周波数偏差の影響で、gb/a[n]-gb/a[m]のシフトを生じる。このシフトの影響で、式(13)の最小な右辺を求めても、|db/a[n*]-db/a[m*]|を最小化することができない。
That is, as shown in FIG. 11, the correlation between the probability density distribution by the set of S b/a [m+k] near the timing m and the probability density distribution by the set of S b/a [n+k] near the timing n is However, a shift of g b/a [n]−g b/a [m] occurs due to the clock frequency deviation between the
このシフトをキャンセルするため、タイミングmとタイミングnの近傍において、Sb/a[*]の集合の統計量fs[*]を、最適化問題(15)を解くxとして求める。ここで、Uは、時刻同期システムに応じたパラメータである。
To cancel this shift, the statistic f s [*] of the set of S b/a [*] is obtained as x to solve the optimization problem (15) in the neighborhood of timing m and timing n. Here, U is a parameter according to the time synchronization system.
求められた統計量fs[n]、fs[m]の差(fs[n]-fs[m])は、時差の変動(gb/a[n]-gb/a[m])の推定量であるため、式(13)を式(16)の通り、時差の変動をキャンセルするように変形すれば、右辺を最小化するn*,m*の組み合わせを選択することで、|db/a[n*]-db/a[m*]|も最小とみなすことができる。すなわち、式(12)の周波数比rb/a[n*,m*]を誤差最小で求めることができる。
The difference between the obtained statistics f s [n] and f s [m] (f s [n] - f s [m]) is the variation of the time difference (g b/a [n] - g b/a [ m]), the combination of n * and m * that minimizes the right-hand side can be selected by transforming equation (13) as shown in equation (16) so as to cancel the variation in the time difference. , |d b/a [n * ]−d b/a [m * ]| can also be considered a minimum. That is, the frequency ratio r b/a [n * , m * ] in Equation (12) can be obtained with the minimum error.
なお、直接(fs[n]-fs[m])から、式(17)を用いて、周波数偏差eb/a[n,m]を推定してもよい。
Note that the frequency deviation e b/a [n,m] may be estimated directly from (f s [n]−f s [m]) using Equation (17).
また、これら統計量を求めるのに先立ち、相関の連続性を検証してもよい。すなわち、タイミングmとタイミングnの近傍におけるSb/a[*]の集合の確率密度分布同士の相互相関関数が、不連続に変化したか判定してもよい。不連続に変化した場合、通信経路又は通信経路上のネットワーク装置の特性が不連続に切り替わった、又は通信路のトラフィックに変化が生じたと考えられるため、この場合には、周波数偏差を求めて補正する制御を抑制する。 Also, the continuity of the correlation may be verified prior to obtaining these statistics. That is, it may be determined whether or not the cross-correlation function between the probability density distributions of the sets of S b/a [*] in the vicinity of timing m and timing n changed discontinuously. If there is a discontinuous change, it is considered that the characteristics of the communication path or the network equipment on the communication path have changed discontinuously, or that the traffic on the communication path has changed. suppress control over
同期制御部80は、式(12)又は式(17)から求められた周波数偏差が0となるように、スレーブ装置CLbのクロック発振周波数又は時計30の駆動周波数をフィードバック制御することができる。これにより、マスター装置CLaに対するスレーブ装置CLbの周波数同期が可能となり、時刻同期における時間計算の誤差を低減できる。
The
[伝搬時間変動下での時差の推定]
次に、時差演算部79による時差の演算を説明する(ステップS106)。上記のように、|db/a[n*]-db/a[m*]|を最小化する操作と式(12)により、情報通信装置1間の周波数偏差を推定できたため、周波数同期を行うことで、情報通信装置1間のクロック20の時差を一定に保つことができる。すなわち、式(8)の時差ベクトルgを、両要素の絶対値が等しく(gb/a=ga/b)、伝搬時間成分の誤差が最少の状態に保つことができる。これは、図8のベクトル図において、時差ベクトルgについては、図7に示すように誤差が無い状態とほぼ同様である。
[Estimation of time difference under propagation time fluctuation]
Next, calculation of the time difference by the time
なお、タイミングm、nからの同期情報の送信を所定時間内(Lg[n]未満の短時間)に行うことを条件とすれば、周波数偏差への影響は表出しない程度であり、時差の誤差は僅かと言える。このため、上述の周波数偏差の推定とこれに基づく同期の処理は必須ではない。つまり、上述の周波数偏差の推定と同期処理が行われなくても、以下に述べる時差の推定は可能である。従って、例えば、本実施形態の周波数偏差演算部78を省略した構成とすることも可能である。なお、タイミングm、nからの同期情報の送信を所定時間以上行う場合等は、他の方法による周波数偏差の推定を行うことが考えられる。
Note that if the transmission of synchronization information from timings m and n is performed within a predetermined period of time (a short period of time less than L g [n]), the effect on the frequency deviation is negligible. can be said to have a small error. Therefore, the estimation of the frequency deviation and the synchronization processing based thereon are not essential. In other words, even if the estimation of the frequency deviation and the synchronization process described above are not performed, the estimation of the time difference described below is possible. Therefore, for example, a configuration in which the
以上のことから、式(8)で同期状態ベクトルsを求める場合、伝搬時間の変動のみを考慮すればよいことになる。ここで、情報通信の伝搬時間の変動要因には、ネットワーク上の他の通信のパケット通信量が挙げられる。パケット通信時間は離散的であるため、伝搬時間の変動も離散的であり、情報通信の組を変えて、繰り返し式(8)を求めた場合、同期状態ベクトルsは、gd-dg平面上で、図12に示すように、+π/4回転した格子状に配置される。 From the above, when obtaining the synchronization state vector s by the equation (8), it is sufficient to consider only the variation of the propagation time. Here, the packet communication volume of other communication on the network can be mentioned as a variable factor of the propagation time of information communication. Since the packet communication time is discrete, the variation of the propagation time is also discrete, and when the group of information communication is changed and the iterative expression (8) is obtained, the synchronization state vector s is g d −d g plane Above, as shown in FIG. 12, they are arranged in a +π/4 rotated lattice.
つまり、時差ベクトルgについては、誤差は最小であることを前提として、複数の情報通信の集合において観測できるのは、同期状態ベクトルsのみであって、それらをプロットした点を図12に示す。なお、同期状態ベクトルsの観測は、上記のように、4つの送受信タイミングを計測して、式(6)の左辺、つまり式(8)の左辺を求めることに相当する。式(8)で同期状態ベクトルsが求まるような双方向の通信を、短時間、つまり他の通信による割り込みを排除でき、周波数偏差が表出しない所定時間内に行う。この時間は、例えば、最小時間Lg[n]未満の時間である。これは、情報通信を、短期間にバースト的に連続して行うことにより、他の通信による割り込みをさせずに、同期のための通信を連続させる状況を多数作り出すためである。 In other words, with respect to the time difference vector g, assuming that the error is minimal, only the synchronous state vector s can be observed in a set of multiple information communications, and plotted points thereof are shown in FIG. Note that the observation of the synchronization state vector s corresponds to measuring the four transmission/reception timings as described above and obtaining the left side of Equation (6), that is, the left side of Equation (8). Two-way communication such that the synchronous state vector s can be obtained by equation (8) is performed within a short period of time, that is, within a predetermined period of time during which interruptions due to other communications can be eliminated and frequency deviation does not appear. This time is, for example, less than the minimum time Lg[n]. This is because information communication is continuously performed in bursts in a short period of time to create many situations in which communication for synchronization is continued without being interrupted by other communication.
このような時刻同期に用いる情報通信を短期間に連続して行った場合、複数の通信による順番待ちを排除して、他通信による伝搬時間の変動を受けない、伝搬時間が一定な同期状態ベクトルsが求まるタイミングがある。これらのタイミングが、図12に示したgdの軸に垂直な点線に載った点である。 When such information communication used for time synchronization is continuously performed in a short period of time, a synchronization state vector with a constant propagation time that eliminates waiting for a turn due to multiple communications and is not affected by fluctuations in propagation time due to other communications There is a timing to find s. These timings are the points on the dashed line perpendicular to the gd axis shown in FIG.
このような同期状態ベクトルsの集合は、時差成分の誤差は最小であり、伝搬時間は対称的であるとみなせ、各ベクトルの要素gdは一定の値gに近づく。この値gが、すなわち、時差の推定値となる。 Such a set of synchronous state vectors s can be regarded as having minimal error in the time difference components and symmetrical propagation times, with the elements gd of each vector approaching a constant value g. This value g is the estimated value of the time difference.
但し、時差の推定値gを求めるにあたり、単に同期状態ベクトルsの要素gdの平均を求めるだけでは、図12に示すように、同期状態ベクトルsの配置には偏りがあるため、正しく推定できない。 However, in obtaining the estimated value g of the time difference, if the average of the elements gd of the synchronization state vector s is simply obtained, the arrangement of the synchronization state vector s is biased as shown in FIG. .
そこで、例えば、短期間に連続して行った情報通信の集合から求められる同期状態ベクトルs[k]の要素gd[k]とのgd-dg平面上のgd成分の変数xとの距離(gd[k]-x)に着目したとき、評価関数Σk(gd[k]-x)4を最少化するxを求める最適化問題を解くことで、時差の推定値gを求めることができる。平均を求めるのではなく、距離(gd[k]-x)の4乗を合計して行き、長い距離にペナルティを与えて、短い距離のペナルティを少なくすることにより、同期状態ベクトルsが最も数が多く集合している直線(ライン)を求めることができる。図12の例では、垂直な点線(直線)に対応する値が、時差の推定値gとなる。最適化問題を解く式は、式(15)の形式であってもよい。 Therefore, for example, with the element g d [k] of the synchronization state vector s [k] obtained from a set of information communications continuously performed in a short period of time and the variable x of the g d component on the g d −d g plane, When focusing on the distance (g d [k]-x) of , the estimated value g of the time difference is solved by solving the optimization problem of finding x that minimizes the evaluation function Σk (g d [k]-x) 4 can ask. Instead of finding the average, by summing the distances (g d [k]−x) to the power of four, penalizing longer distances and lessening the penalties for shorter distances, the synchronization state vector s becomes the most It is possible to obtain a straight line that has a large number of clusters. In the example of FIG. 12, the value corresponding to the vertical dotted line (straight line) is the time difference estimated value g. The equation for solving the optimization problem may be of the form of equation (15).
スレーブ装置CLbの同期制御部80は、求めた時差gが0となるように、クロック周波数又は時刻を繰り返し調整することにより、マスター装置CLaに対して時刻同期する。
The
[非対称な通信経路における時差の推定]
上記の図6で示した通り、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbが接続されるネットワークシステムによっては、定常的に伝搬時間が非対称となる場合がある。これは、例えば、通信の上り(スレーブ→マスター)と下り(マスター→スレーブ)のトラフィック量の相違が要因となる。
[Estimation of time difference in asymmetric communication path]
As shown in FIG. 6 above, depending on the network system in which the master device CLa and the slave device CLb are connected, the propagation times may be constantly asymmetrical. This is caused, for example, by the difference in the amount of traffic between upstream (slave→master) and downstream (master→slave) communications.
双方向の通信経路における伝搬時間の定常的な非対称性は、上記の式(8)の伝搬時間ベクトルdへ常に時差成分の誤差を付加し、求められた同期状態ベクトルsの時差成分のオフセット(誤差によるずれ)を招く。すなわち、非対称性は、同期位相に定常的なずれを生じさせることになる。 Stationary asymmetry of the propagation time in the two-way communication path always adds the error of the time difference component to the propagation time vector d in the above equation (8), and the offset of the time difference component of the obtained synchronization state vector s ( deviation due to error). That is, the asymmetry causes a steady shift in synchronization phase.
時差の非対称性に関しては、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbの間のクロック20の周波数偏差が表出しない所定時間内、つまり、上記の式(11)で示した最小時間Lg[n]未満の時間に、同期状態ベクトルsを求めれば、通信の上りと下りで時差は同一となり、対称とみなすことができる。さらに、上記の式(15)で示した最適化問題を解く一連の操作で、装置間の時計30の周波数同期を行うなどすれば、式(11)の分母が非常に小さくなるように制御できるので、時差が対称的である期間を増大させることができる。
Regarding the asymmetry of the time difference, within a predetermined time period in which the frequency deviation of the
このような非対称な通信経路に対応して、時差演算部79が時差を演算するため、図13に示すように、マスター装置CLa、スレーブ装置CLbの双方から、バースト的に情報を送信する。情報のバースト送信は、時差の対称性を確保するため、所定時間内、つまりLg[n]未満の時間に行われるものとする。なお、図13では、片方向毎に順次バースト送信を行っているが、バースト送信を双方向から同時(例えば、共通の所定時間内)に行うこともできる。また、図13では、各方向ともバースト送信の回数を、タイミングnからタイミングn+n´までn´+1回の同一としているが、各方向で同一回数としなくてもよい。つまり、マスター装置CLa、スレーブ装置CLb毎に送信回数が異なっていてもよい。
Since the
ここで、式(14)と同様に、上り方向の送受信タイミングの差を、式(18)の通り表す。このとき、下り方向のバースト送信で得られるSb/a[k]の集合を、Sb/a(n,n´)={Sb/a[n+k]|0≦k≦n´}とし、上り方向のバースト送信で得られるSa/b[k]の集合を、Sa/b(n,n´)={Sa/b[n+k]|0≦k≦n´}とする。 Here, the difference in transmission/reception timing in the uplink direction is represented by equation (18) as in equation (14). At this time, the set of S b/a [k] obtained by downlink burst transmission is set to S b/a (n, n′)={S b/a [n+k]|0≦k≦n′}. , the set of S a/b [k] obtained by burst transmission in the uplink is S a/b (n, n′)={S a/b [n+k]|0≦k≦n′}.
これらの集合の分散を求め、その大小に応じて時差の推定方向を選択すると、精度良く時差を推定することができる。すなわち、Sb/a(n,n´)の分散VAR[Sb/a(n,n´)]がTb/a以下、且つSa/b(n,n´)の分散VAR[Sa/b(n,n´)]がTa/b以下である場合は、以下のように時差推定方法1を選択し、それ以外の場合には、後述する時差推定方法2を選択する。なお、Tb/a及びTa/bは、通信経路のトラフィックや時刻同期品質に応じて定める値である。つまり、分散VAR[Sb/a(n,n´)]がTb/a超える、且つ分散VAR[Sa/b(n,n´)]がTa/bを超える場合には、伝搬時間が非対象の程度が所定の基準を超えていると言える。
The time difference can be estimated with high accuracy by obtaining the variance of these sets and selecting the estimated direction of the time difference according to the magnitude of the variance. That is, the variance VAR[Sb / a (n,n')] of Sb /a(n,n') is equal to or less than Tb /a , and the variance VAR[S a/b (n,n')] is equal to or less than Ta /b , time
時差推定方法1を選択した環境においては、Sb/a(n,n´)及びSa/b(n,n´)のばらつきが小さく、通信経路のトラフィックが安定していると言える。このような環境では、伝搬時間成分が最小の同期状態ベクトルsを選択し、その時差成分を時差として、推定すればよい。
In an environment where time
すなわち、Sb/a(n,n´)とSa/b(n,n´)から、一つずつ要素を取り出し、式(8)から、同期状態ベクトルを求める操作を、すべての要素の組み合わせについて行い、以下の式(19)の同期状態ベクトルsの集合Sを求める。そして、集合Sから伝搬時間成分が最小の同期状態ベクトルsを選択する。 That is, the operation of extracting elements one by one from S b/a (n, n′) and S a/b (n, n′) and obtaining the synchronization state vector from equation (8) is performed by This is done for combinations, and a set S of synchronization state vectors s in the following equation (19) is obtained. Then, from the set S, the synchronization state vector s with the minimum propagation time component is selected.
時差推定方法2を選択した環境においては、Sb/a(n,n´)とSa/b(n,n´)のばらつきが大きい。つまり、通信経路のトラフィックが不安定であり、伝搬時間が非対称となり得る。このような環境では、伝搬時間の非対称性を推定し、同期状態ベクトルsから、時差成分のオフセットを取り除く必要がある。
In an environment where time
そのために、まず、図14に示すように、時差推定方法1と同様に、式(19)で同期状態ベクトルの集合Sを求め、その重心cを求める。ここで、a=(g,0)Tとしたときの重心cと点aを通る直線(ライン)ld=a+t(c-a)を、伝搬時間基線と称する。aのgd成分gは変数である。
For this purpose, first, as shown in FIG. 14, similarly to the time
集合Sの各要素skと、伝搬時間基線ldとのユークリッド距離の総和が最小となるような伝搬時間基線ldを求めるため、以下の式(20)の最適化問題を解く。
なお、図14は単純な集合Sに簡素化して表現しているが、Sb/a(n,n´)とSa/b(n,n´)の確率密度分布は、時差推定方法2を選択した環境では異なることが一般的であると言える。このため、たとえ集合Sの分布形状が長方形であったとしても、求まる重心cは長方形の中心と一致するとは限らない。集合Sの分布形状によらず、その重心が式(20)の制約条件に示した演算によりcとして求まる。
In order to obtain the propagation time baseline ld that minimizes the sum of the Euclidean distances between each element sk of the set S and the propagation time baseline ld , the optimization problem of the following equation (20) is solved.
Although FIG. 14 is simplified and expressed as a simple set S, the probability density distributions of S b/a (n, n′) and S a/b (n, n′) are obtained by time
式(20)の最適化問題を解いて求まる伝搬時間基線ldは、同期状態ベクトルsを構成する要素である伝搬時間ベクトルd上に乗る直線に対応する。但し、時差ベクトルgが加算されているため、伝搬時間ベクトルdからはシフトしている。 The propagation time base line ld obtained by solving the optimization problem of equation (20) corresponds to a straight line on the propagation time vector d, which is an element forming the synchronization state vector s. However, since the time difference vector g is added, it is shifted from the propagation time vector d.
すなわち、式(20)から求まった伝搬時間基線ldの要素であるaのgd成分を、時差として推定することができる。なお、伝搬時間基線ldが複数求まるケースでは、||a||が最小となる伝搬時間基線ldを選択すればよい。 That is, the gd component of a, which is an element of the propagation time baseline ld obtained from Equation (20), can be estimated as the time difference. In the case where a plurality of propagation time baselines ld are obtained, the propagation time baseline ld that minimizes ||a|| should be selected.
これらの時差推定方法1、2から求められた時差が0となるように、スレーブ装置CLbのクロック発振周波数若しくは時計の駆動周波数をフィードバック制御することで、マスター装置CLaに対するスレーブ装置CLbの時刻同期が可能となり、伝搬時間の非対称性による誤差を低減できる。
By feedback-controlling the clock oscillation frequency of the slave device CLb or the drive frequency of the clock so that the time difference obtained by these time
[効果]
(1)本実施形態は、複数の情報通信装置1が、マスター装置CLa又はスレーブ装置CLbとして情報の通信を行う情報通信システム100であって、マスター装置CLa及び前記スレーブ装置CLbとの間で、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、第1のタイミングから所定時間以上の第2のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部76と、第1の情報通信の集合と第2の情報通信の集合から、受信間隔時間と送信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部77と、選択部77により選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとのクロック周波数の偏差を求める周波数偏差演算部78と、周波数偏差演算部78により求められたクロック周波数の偏差に基づいて、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbのクロック周波数又は時刻を同期させる同期制御部80と、を有する。
[effect]
(1) This embodiment is an
また、本実施形態は、他の情報通信装置1と情報の通信を行う情報通信装置1であって、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、前記第1のタイミングから所定時間以上の第2のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部76と、第1の情報通信の集合と第2の情報通信の集合から、送信間隔時間と受信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部77と、選択部77により選択された情報通信の組に基づいて、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとのクロック周波数の偏差を求める周波数偏差演算部78と、周波数偏差演算部78により求められたクロック周波数の偏差に基づいて、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbのクロック周波数又は時刻を同期させる同期制御部80と、を有する。
Further, the present embodiment is an
このように、異なるタイミングにおいて観測可能な送信時刻及び受信時刻から算出できる送信間隔時間、受信間隔時間に基づいて、その差分が最小の情報通知の組を選択することにより、誤差が最小化された周波数偏差を求めることができるので、周波数の変動により伝搬時間が時々刻々と変動する環境下においても、伝搬時間の変動を吸収し、伝搬時間の対称性を評価して、誤差を低減した同期制御が可能となる。これにより、PTPの時刻同期システムにおけるBCやTCのように時刻同期に対応した特定のネットワーク中継装置を用いることなく、精度の良い時刻同期を行うことができる。つまり、PTPの時刻同期システムを利用しつつ、BCやTCを不要としながら、システムが要求する所望の精度での時刻同期が可能となる。 In this way, based on the transmission interval time and the reception interval time that can be calculated from the observable transmission time and reception time at different timings, the error is minimized by selecting a set of information notifications with the smallest difference. Since the frequency deviation can be obtained, even in an environment where the propagation time fluctuates from moment to moment due to frequency fluctuations, synchronization control that absorbs the fluctuation of the propagation time and evaluates the symmetry of the propagation time to reduce the error. becomes possible. As a result, accurate time synchronization can be performed without using a specific network relay device compatible with time synchronization such as BC or TC in the PTP time synchronization system. In other words, while using the PTP time synchronization system and eliminating the need for BC and TC, it is possible to achieve time synchronization with the desired precision required by the system.
(2)所定時間は、マスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間の情報の伝搬時間に、周波数偏差の影響が表れる最小の間隔時間である。これにより、第1の情報通信の集合、第2の情報通信の集合のそれぞれには周波数偏差の影響が表れないが、第1の情報通信と第2の情報通信の組には周波数偏差の影響が含まれるので、送信間隔時間と受信間隔時間との差分が最小となる情報通信の組を選択することにより、誤差が最小となる周波数偏差を求めることができる。 (2) The predetermined time is the minimum interval time at which the influence of the frequency deviation appears in the information propagation time between the master device CLa and the slave device CLb. As a result, although the effect of frequency deviation does not appear on each of the set of first information communication and the set of second information communication, the effect of frequency deviation appears on the set of first information communication and second information communication. is included, the frequency deviation that minimizes the error can be obtained by selecting the set of information communication that minimizes the difference between the transmission interval time and the reception interval time.
(3)周波数偏差演算部78は、第1のタイミングに対して所定時間内の情報通信の集合に基づく統計量と、第2のタイミングに対して所定時間内の情報通信の集合に基づく統計量との差分に基づいて、時差の変動をキャンセルして、クロック周波数の偏差を求める。このため、時差の変動による差分が、伝搬時間の変動による差分と同程度に大きい場合であっても、精度の良い同期制御が可能となる。
(3) The frequency
(4)周波数偏差演算部78は、第1のタイミングに対して所定時間内の情報通信の集合に基づく統計量と、第2のタイミングに対して所定時間内の情報通信の集合に基づく統計量との差分に基づいて、クロック周波数の偏差を求める。このため、統計量の差分から直接的に周波数の偏差を求めることができる。
(4) The frequency
(5)所定時間内のマスター装置CLaとスレーブ装置CLbとの間の複数の情報通信の集合において、時差の誤差が最少の集合のうち、最も数が多い集合に対応する時差を求める時差演算部79を有する。より具体的には、時差演算部79は、複数の情報通信の集合における時差と伝搬時間を要素とする同期状態ベクトルが、最も数が多く集合している直線に対応する時差を求める。これにより、伝搬時間が時々刻々と変動する環境下においても、伝搬時間の対称性があり誤差が最小の時差を求めて、精度の良い同期制御が可能となる。
(5) A time difference calculation unit that calculates the time difference corresponding to the largest set among the sets with the smallest time difference errors in a plurality of information communication sets between the master device CLa and the slave device CLb within a predetermined period of time. 79. More specifically, the
(6)時差演算部79は、双方向の通信における伝搬時間が非対象の程度が所定の基準を超える場合に、複数の情報通信の集合において、時差と伝搬時間を要素とする同期状態ベクトルの集合の重心を通る直線に対応する時差を求めることもできる。これにより、非対称な通信経路においても、誤差が最小の時差を求めて、精度の良い同期制御が可能となる。
(6) The
[他の実施形態]
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the present invention at the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments.
1 情報通信装置
10 通信部
11 送信器
12 受信器
13 送信タイミング検出部
14 受信タイミング検出部
20 クロック
30 時計
50 記憶部
60 外部インターフェイス
70 制御部
71 主制御部
72 送受信データI/F
73 通信制御部
74 スケジューラ
75 時刻記録部
76 間隔時間演算部
77 選択部
78 周波数偏差演算部
79 時差演算部
80 同期制御部
81 タイミング情報参照部
100 情報通信システム
1
73
Claims (14)
前記マスター装置及び前記スレーブ装置との間で、第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、前記第1のタイミングから前記所定時間以上の第2のタイミングに対して、前記所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部と、
前記第1の情報通信の集合と前記第2の情報通信の集合から、前記受信間隔時間と前記送信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部と、
前記選択部により選択された情報通信の組に基づいて、前記マスター装置と前記スレーブ装置とのクロック周波数の偏差を求める周波数偏差演算部と、
前記周波数偏差演算部により求められたクロック周波数の偏差に基づいて、前記マスター装置と前記スレーブ装置のクロック周波数又は時刻を同期させる同期制御部と、
を有することを特徴とする情報通信システム。 An information communication system in which a plurality of information communication devices communicate information as a master device or a slave device,
A set of first information communications, which is a plurality of information communications performed within a predetermined time period with respect to a first timing, between the master device and the slave device; an interval time calculation unit for calculating a transmission interval time and a reception interval time in a second information communication set, which is a plurality of information communications performed within the predetermined time, with respect to a second timing equal to or longer than the time;
a selection unit that selects, from the set of the first information communication and the set of the second information communication, a set of information communication in which the difference between the reception interval time and the transmission interval time is the smallest;
a frequency deviation calculation unit that obtains a clock frequency deviation between the master device and the slave device based on the set of information communication selected by the selection unit;
a synchronization control unit that synchronizes the clock frequencies or times of the master device and the slave device based on the clock frequency deviation obtained by the frequency deviation calculation unit;
An information communication system characterized by comprising:
第1のタイミングに対して、所定時間内に行われた複数の情報通信である第1の情報通信の集合と、前記第1のタイミングから前記所定時間以上の第2のタイミングに対して、前記所定時間内に行われた複数の情報通信である第2の情報通信の集合において、送信間隔時間及び受信間隔時間を演算する間隔時間演算部と、
前記第1の情報通信の集合と前記第2の情報通信の集合から、前記送信間隔時間と前記受信間隔時間との差分が、最小となる情報通信の組を選択する選択部と、
前記選択部により選択された情報通信の組に基づいて、他の情報通信装置との間のクロック周波数の偏差を求める周波数偏差演算部と、
前記周波数偏差演算部により求められたクロック周波数偏差に基づいて、クロック周波数又は時刻を同期させる同期制御部と、
を有することを特徴とする情報通信装置。 An information communication device that communicates information with another information communication device,
A set of first information communications, which is a plurality of information communications performed within a predetermined period of time with respect to a first timing, and a second timing of at least the predetermined period of time from the first timing, an interval time calculation unit for calculating a transmission interval time and a reception interval time in a second set of information communications, which is a plurality of information communications performed within a predetermined time;
a selection unit that selects, from the set of the first information communication and the set of the second information communication, a set of information communication in which the difference between the transmission interval time and the reception interval time is the smallest;
a frequency deviation calculation unit that obtains a clock frequency deviation between another information communication device based on the set of information communication selected by the selection unit;
a synchronization control unit for synchronizing the clock frequency or time based on the clock frequency deviation obtained by the frequency deviation calculation unit;
An information communication device characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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