JP5561426B2 - 同期システム、同期方法、第一の同期装置、第二の同期装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信を行う装置間で時刻の同期を行うための技術に関する。

従来、物理的に離れた位置にある通信装置間で時刻の同期を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。このような技術の一例として、同期処理用のパケット（同期パケット）を用いた技術がある。図１０は、上記技術に関連した時刻同期装置９０の構成例を示す図である。時刻同期装置９０は、同期パケット送受信部９０１、同期制御部９０２、クロックオシレータ９０４、時刻管理部９０５を備える。時刻同期装置９０は、自装置で備えるクロックオシレータ９０４によって、時刻管理部９０５がカウントする時刻を一定の精度に保っている。ただし、時刻同期装置９０がマスタ装置との間で時刻同期を一度行ったとしても、その後時間の経過とともに同期精度が悪化しずれが生じてしまう。そのため、時刻同期装置９０はマスタ装置との間で定期的に同期パケットの送受信を行い、同期処理を行うことが一般的である。

特開２０１０−０６２９９２号公報

通信路の帯域は限られた資源であるため、通信路を流れるパケットのうち同期パケットが占める割合は低い方が望ましい。すなわち、同期パケットの送受信の間隔は長いことが望ましい。しかしながら、この間隔を長くしすぎると同期精度が悪化し、通信装置間の時刻のずれが大きくなってしまうおそれがある。
上記事情に鑑み、本発明は、通信装置間の時刻同期の精度低下を抑えつつ同期パケットの通信頻度を低減することを可能とする技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムであって、前記第一の同期装置は、前記第二の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信部と、前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御部と、前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理部と、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知部と、を備え、前記第二の同期装置は、前記第一の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信部と、前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御部と、前記同期間隔制御部によって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御部と、を備える。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムが行う同期方法であって、前記第一の同期装置が、前記第二の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、前記第一の同期装置が、前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御ステップと、前記第一の同期装置が、前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理ステップと、前記第一の同期装置が、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知ステップと、前記第二の同期装置が、前記第一の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、前記第二の同期装置が、前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御ステップと、前記第二の同期装置が、前記同期間隔制御ステップによって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御ステップと、を有する。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第一の同期装置であって、異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする第二の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信部と、前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御部と、前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理部と、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知部と、を備える。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第二の同期装置であって、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると異常の通知を行う前記第一の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信部と、前記第一の同期装置から前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御部と、前記同期間隔制御部によって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御部と、を備える。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第一の同期装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする第二の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御ステップと、前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理ステップと、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知ステップと、を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

本発明の一態様は、同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第二の同期装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると異常の通知を行う前記第一の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、前記第一の同期装置から前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御ステップと、前記同期間隔制御ステップによって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御ステップと、を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

本発明により、通信装置間の時刻同期の精度低下を抑えつつ同期パケットの通信頻度を低減することが可能となる。

同期システムの第一実施形態のシステム構成を表すシステム構成図である。 IEEE1588の時刻同期アルゴリズムによる通信シーケンスを表すシーケンス図である。 時刻同期スレーブ装置の構成を表す機能ブロック図である。 時刻同期マスタ装置の構成を表す機能ブロック図である。 同期間隔制御部が同期間隔の長さを決定する処理の具体例を表すグラフである。 同期間隔制御部が同期間隔の長さを決定する処理の具体例を表すグラフである。 第一実施形態の同期システムの動作の流れを表すシーケンス図である。 クロックオシレータを備える様に構成された時刻同期スレーブ装置の構成を表す機能ブロック図である。 同期システムの第二実施形態のシステム構成を表すシステム構成図である。 第二実施形態における時刻同期スレーブ装置の構成を表す機能ブロック図である。 関連した時刻同期装置の構成例を示す図である。

［第一実施形態］
図１は、同期システムの第一実施形態（同期システム１００：本発明の「同期システム」に相当）のシステム構成を表すシステム構成図である。同期システム１００は、クロック生成器１０、時刻同期マスタ装置２０（本発明の「第二の同期装置」に相当）、中継装置３０、時刻同期スレーブ装置４０（本発明の「第一の同期装置」に相当）を備える。図１では同期システム１００は各装置を１台ずつ備えているが、同期システム１００に備えられる各装置の台数は一台に限られない。また、時刻同期マスタ装置２０と時刻同期スレーブ装置４０との間に設けられる中継装置３０の台数も一台に限られず、二台以上であっても良い。

まず、同期システム１００の概略について説明する。時刻同期マスタ装置２０と時刻同期スレーブ装置４０とは、互いに所定のプロトコルにしたがって同期パケットを送受信する。同期パケットの送受信によって、時刻同期マスタ装置２０と時刻同期スレーブ装置４０とは時刻同期を行う。所定のプロトコルは、時刻同期が可能なプロトコルであればどのようなものであっても良い。所定のプロトコルの具体例としてIEEE1588、IEEE1588version2などがある。

時刻同期マスタ装置２０は、同期パケットを時刻同期スレーブ装置４０へ送信し時刻同期処理を行う。時刻同期マスタ装置２０は、時刻同期処理を行うと、次のタイミングになるまで同期パケットの送信を行わず、時刻同期処理を待機する。時刻同期スレーブ装置４０は、時刻同期が行われてから次の時刻同期が行われるまでの間は、クロック信号に基づいて時刻のカウントを行う。そして、時刻同期スレーブ装置４０は所定の時刻になる度に時刻同期信号を出力する。時刻同期スレーブ装置４０が時刻のカウントに用いるクロック信号は、中継装置３０と時刻同期スレーブ装置４０との間の通信路に流れるクロック信号である。そのため、時刻同期スレーブ装置４０は、時刻同期信号を生成するためのクロック信号を出力するクロック信号生成装置（例えばクロックオシレータ）を備える必要が無く、時刻の精度を高く維持することが可能となる。

時刻同期スレーブ装置４０は、時刻の同期に関する異常を検知すると、再同期要求パケットを時刻同期マスタ装置２０に送信する。時刻同期マスタ装置２０は、時刻同期スレーブ装置４０から再同期要求パケットを受信していない時間の長さや、再同期要求パケットを受信することなく実行した時刻同期処理の回数などに応じて、時刻同期処理を行う間隔（以下、「同期間隔」という。）を長くする。そのため、時刻の同期に関する異常が検知されない限り、同期間隔は長くなり同期パケットの通信頻度が低減される。一方、時刻同期マスタ装置２０は、時刻同期スレーブ装置４０から再同期要求パケットを受信すると、長くしていた同期間隔を短くする。再同期要求パケットが送信された後は同期間隔が短くなるため、時刻に生じたずれがすぐに同期処理によって補正され同期スレーブ装置４０における時刻同期の精度低下が抑えられる。

次に、上述した時刻同期のプロトコルのうち、一つの具体例としてIEEE1588について説明する。
図２は、IEEE1588の時刻同期アルゴリズムによる通信シーケンスを表すシーケンス図である。図２では、クロックマスタ（時刻同期マスタ装置に相当）とクロックスレーブ（時刻同期スレーブ装置に相当）とが双方向通信を行っており、クロックスレーブが定期的にクロックマスタに時刻を同期させる。図２において、クロックマスタ又はクロックスレーブから送信される各メッセージ（Syncメッセージ、Follow_upメッセージ、Delay_Requestメッセージ、Delay_Responseメッセージ）が同期パケットに相当する。

クロックマスタは、クロックスレーブに対して、定期的にSyncメッセージを送信する（ステップＳ９００）。クロックマスタは、このSyncメッセージの送信時刻（以下、「Sync送信時刻」という。）Tm(0)を記録する（ステップＳ９０１）。次に、クロックマスタは、クロックスレーブに対して、Follow_upメッセージを送信する（ステップＳ９０３）。このとき、クロックマスタは、Follow_upメッセージの中に、Sync送信時刻Tm(0)を格納する。

クロックスレーブは、Syncメッセージを受信すると、この受信処理をトリガとしてSyncメッセージの受信時刻（以下、「Sync受信時刻」という。）Ts(0)を記録する（ステップＳ９０２）。次に、クロックスレーブはFollow_upメッセージを受信し、Follow_upメッセージ中に格納されるSync送信時刻Tm(0)を抽出し記録する。次に、クロックスレーブは、クロックマスタに対して、Delay_Requestメッセージを送信する（ステップＳ９０４）。そして、クロックスレーブは、このDelay_Requestメッセージの送信時刻（以下、「Delay送信時刻」という。）Ts(1)を記録する（ステップＳ９０５）。

クロックマスタは、Delay_Requestメッセージを受信すると、この受信処理をトリガとしてDelay_Requestメッセージの受信時刻（以下、「Delay受信時刻」という。）Tm(1)を記録する（ステップＳ９０６）。次に、クロックマスタは、クロックスレーブに対してDelay_Responseメッセージを送信する（ステップＳ９０７）。このとき、クロックマスタは、Delay_Responseメッセージの中に、Delay受信時刻Tm(1)を格納する。

クロックスレーブは、Delay_Responseメッセージを受信すると、Delay_Responseメッセージ中に格納されるDelay受信時刻Tm(1)を抽出し記録する。
クロックスレーブは、Sync送信時刻Tm(0)、Sync受信時刻Ts(0)に基づいて、以下の式１から、クロックマスタにおける時刻（以下、「マスタ時刻」という。）とクロックスレーブにおける時刻（以下、「スレーブ時刻」という。）との差分MS_Diffを算出する。
MS_Diff = Ts(0) - Tm(0) = MS_Delay + Offset ・・・式１

また、クロックスレーブは、Delay送信時刻Ts(1)、Delay受信時刻Tm(1)に基づいて、以下の式２から、スレーブ時刻とマスタ時刻との差分を求める。
SM_Diff = Tm(1) - Ts(1) = SM_Delay - Offset ・・・式２

ここで、MS_Delayはクロックマスタからクロックスレーブへの伝送遅延を表し、SM_Delayはクロックスレーブからクロックマスタへの伝送遅延を表し、Offsetはクロックマスタに対するクロックスレーブの時刻オフセット（進み）を表す。なお、伝送遅延MS_Delay及びSM_Delayは、クロックマスタとクロックスレーブとの間の伝播遅延と、クロックマスタとクロックスレーブとの間のネットワーク上の中継ノードで生じるキューイング遅延から構成される。

以上のように、クロックマスタに対するクロックスレーブの時刻のずれであるOffsetに関して、式１及び式２の二つの式が得られる。しかし、この二つの式には、Offsetの他にMS_Delay及びSM_Delayという未知のパラメータが含まれている。したがって、三つの未知のパラメータに対し二つの式しか存在しないため、Offsetを算出することができない。そのため、IEEE1588では、クロックマスタからクロックスレーブへの伝送遅延MS_Delayと、クロックスレーブからクロックマスタへの伝送遅延SM_Delayとが等しく、いずれの値もDelayであると仮定して、上記の式１及び式２を以下の式３及び式４に変形する。

MS_Diff = Delay + Offset ・・・式３
SM_Diff = Delay - Offset ・・・式４
式３及び式４の連立方程式を解くことによって、以下の式５が導出される。
Offset = (MS_Diff - SM_Diff) / 2 ・・・式５

クロックスレーブは、式５に基づいてOffsetを算出し、Offsetに基づいてスレーブ時刻を補正することによって、スレーブ時刻をマスタ時刻に同期させる。以上が、IEEE1588に規定される時刻同期アルゴリズムである。

次に、同期システム１００の詳細について説明する。クロック生成器１０は、クロック信号を時刻同期マスタ装置２０及び中継装置３０に供給する。クロック生成器１０は、高精度にクロック信号を生成する高精度クロック生成器であることが望ましい。クロック生成器１０は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信機であっても良いし、高性能の発振器を用いて構成されても良い。
時刻同期マスタ装置２０は、クロック生成器１０から出力されるクロック信号に同期して動作する。時刻同期マスタ装置２０は、所定のプロトコルにしたがって動作し、同期パケットを送受信することによって時刻同期スレーブ装置４０との間で時刻同期を行う。時刻同期の処理によって、時刻同期マスタ装置２０内の時刻（以下、「マスタ装置時刻」という。）と、時刻同期スレーブ装置４０内の時刻（以下、「スレーブ装置時刻」という。）とが同期する。

中継装置３０は、クロック同期型の通信装置であり、クロック生成器１０から出力されるクロック信号に同期してパケットの中継処理を行う。例えば、中継装置３０は、ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）やシンクロナスイーサネット（登録商標）（Synchronous Ethernet（登録商標））等の同期通信方式にしたがってパケットを中継する。より具体的には、中継装置３０は、通信路から受信したクロック信号に自装置のクロックを同期させ、同じ周波数で通信路に信号を送信する。中継装置３０と時刻同期スレーブ装置４０との間の通信路は、クロック生成器１０によって出力されるクロック信号に応じてクロック同期しており、所定の周期のクロック信号が伝播している。例えば、Ethernet（登録商標）で100BASE-TXのインタフェースの場合は、１２５ＭＨｚでクロック信号が通信路を流れている。

中継装置３０は、時刻同期マスタ装置２０から受信した同期パケットを時刻同期スレーブ装置４０へ中継する。また、中継装置３０は、時刻同期スレーブ装置４０から受信した同期パケットを時刻同期マスタ装置２０へ中継する。また、中継装置３０は、時刻同期スレーブ装置４０から受信した再同期要求パケットを時刻同期マスタ装置２０へ中継する。

時刻同期スレーブ装置４０は、中継装置３０を介して時刻同期マスタ装置２０との間で同期パケットを送受信し、時刻同期マスタ装置２０と時刻同期を行う。また、時刻同期スレーブ装置４０は、中継装置３０との間の通信路から、同期したクロック信号を取得する。時刻同期スレーブ装置４０は、時刻同期の結果と、通信路から取得したクロック信号とに基づいて、時刻同期マスタ装置２０と同期した時刻同期信号を出力する。時刻同期スレーブ装置４０が時刻同期信号を出力する先は、時刻同期スレーブ装置４０が接続されたネットワークであっても良いし、時刻同期スレーブ装置４０が接続された装置であっても良い。また、時刻同期スレーブ装置４０が一つの部品として装置に組み込まれていても良い。この場合は、時刻同期スレーブ装置４０は、自装置が組み込まれた装置の他の部品に対して時刻同期信号を出力する。
時刻同期スレーブ装置４０は、時刻の同期に関する異常を検知すると、再同期要求パケットを時刻同期マスタ装置２０に送信する。

図３は、時刻同期スレーブ装置４０の構成を表す機能ブロック図である。時刻同期スレーブ装置４０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、時刻同期スレーブプログラムを実行する。時刻同期スレーブ装置４０は、時刻同期スレーブプログラムの実行によって、パケット送受信部４０１、同期制御部４０２、第一クロック信号抽出部４０３、第二クロック信号生成部４０４、時刻管理部４０５を備える装置として機能する。なお、時刻同期スレーブ装置４０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。時刻同期スレーブプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。
同期制御部４０２、第一クロック信号抽出部４０３、時刻管理部４０５が動作することにより、本発明の「異常通知部」に対応する処理が実行される。

パケット送受信部４０１は、中継装置３０との間の通信路から同期パケットを受信し、同期パケットを同期制御部４０２に転送する。また、パケット送受信部４０１は、同期制御部４０２から受信した同期パケット又は再同期要求パケットを通信路に送出する。パケット送受信部４０１によって通信路に送出された同期パケット又は再同期要求パケットは、中継装置３０によって中継されて時刻同期マスタ装置２０によって受信される。

同期制御部４０２は、通信路の先にある時刻同期マスタ装置２０との間で同期パケットのやり取りを行うことにより、スレーブ装置時刻をマスタ装置時刻に同期させる。同期制御部４０２は、時刻同期の結果として、同期前のスレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との差分を表す位相信号を時刻管理部４０５に出力する。
同期制御部４０２は、第一クロック信号抽出部４０３又は時刻管理部４０５から再同期要求信号を受信すると、時刻同期マスタ装置２０に対し再同期要求パケットを送信する。再同期要求パケットは、時刻同期スレーブ装置４０において時刻の同期に関する異常が検知されたことを表す。

第一クロック信号抽出部４０３は、通信路から受信した物理層の信号からクロック信号を抽出する。第一クロック信号抽出部４０３は、抽出したクロック信号を第一クロック信号として第二クロック信号生成部４０４へ出力する。第一クロック信号抽出部４０３は、時刻の同期に関する異常を検出した場合には、再同期要求信号を同期制御部４０２に出力する。時刻の同期に関する異常とは、例えば通信路に障害が発生している状態や、抽出したクロック信号が劣化している状態などである。
第二クロック信号生成部４０４は、第一クロック信号抽出部４０３から出力された第一クロック信号に同期した第二クロック信号を生成する。第二クロック信号生成部４０４は、第一クロック信号を逓倍又は分周することによって第二クロック信号を生成する。第二クロック信号は、時刻管理部４０５がスレーブ装置時刻をカウントするために利用するクロック信号である。

時刻管理部４０５は、スレーブ装置時刻を管理する。具体的には、時刻管理部４０５は、第二クロック信号生成部４０４から受信する第二クロック信号に基づいて、スレーブ装置時刻をカウントする。時刻管理部４０５は、所定の時刻になると時刻同期信号を生成し出力する。時刻管理部４０５は、同期制御部４０２から位相信号を受信すると、受信した位相信号に基づいてスレーブ装置時刻を補正する。スレーブ装置時刻の補正により、時刻同期信号の出力タイミングが補正される。時刻管理部４０５は、位相信号に基づいてスレーブ装置時刻を補正した後、次に位相信号を受信するまでの間は、第二クロック信号生成部４０４から受信する第二クロック信号に基づいてスレーブ装置時刻をカウントする。そのため、第二クロック信号にずれが生じると、カウントしているスレーブ装置時刻もずれてしまい、時刻同期信号が出力されるタイミングがずれてしまう。このずれは、次回の位相信号に基づいて補正される。

時刻管理部４０５は、位相信号を受信すると、スレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との時刻の差が、予め設定された閾値（以下、「位相差閾値」という。）を超えているか否かに基づいて、同期に関する異常が発生しているか否か判定する。スレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との時刻の差が位相差閾値未満であれば、時刻管理部４０５は再同期要求信号を出力せず、時刻を補正する。一方、スレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との時刻の差が位相差閾値以上であれば、時刻管理部４０５は再同期要求信号の出力と、時刻の補正とを行う。

図４は、時刻同期マスタ装置２０の構成を表す機能ブロック図である。時刻同期マスタ装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、時刻同期マスタプログラムを実行する。時刻同期マスタ装置２０は、時刻同期マスタプログラムの実行によって、パケット送受信部２０１、同期制御部２０２、同期間隔制御部２０３を備える装置として機能する。なお、時刻同期マスタ装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。時刻同期マスタプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。

パケット送受信部２０１は、中継装置３０との間の通信路から再同期要求パケットを受信し、再同期要求パケットを同期間隔制御部２０３に転送する。パケット送受信部２０１は、中継装置３０との間の通信路から同期パケットを受信し、同期パケットを同期制御部２０２に転送する。また、パケット送受信部２０１は、同期制御部２０２から受信した同期パケットを通信路に送出する。パケット送受信部２０１によって通信路に送出された同期パケットは、中継装置３０によって中継されて時刻同期スレーブ装置４０によって受信される。

同期制御部２０２は、同期間隔制御部２０３によって決定される同期間隔にしたがったタイミングで、通信路の先にある時刻同期スレーブ装置４０との間で同期パケットのやり取りを行う。同期制御部２０２は、時刻同期処理に必要な一連の同期パケットの送受信が完了する度に、同期間隔制御部２０３に対して同期実施情報を出力する。同期実施情報は、同期処理が行われたことを表す。

同期間隔制御部２０３は、同期間隔の長さを決定する。同期間隔制御部２０３は、再同期要求パケットを受信していない時間の長さが長いほど、同期間隔の長さが長くなるように、同期間隔の長さを決定する。同期間隔制御部２０３は、再同期要求パケットを受信すると、その時点以降の同期間隔を、その時点の同期間隔よりも短くする。
以下、同期間隔制御部２０３の具体例について説明する。同期間隔制御部２０３は、間隔制御値と同期間隔の長さとを対応付けたテーブル（以下、「同期間隔テーブル」という。）を記憶し、同期間隔テーブルの内容及びその時点の間隔制御値に基づいて同期間隔を決定する。同期間隔テーブルでは、間隔制御値の値が大きいほど、対応する同期間隔の長さが長くなる。間隔制御値は、再同期要求パケットを受信していない時間が長いほど大きくなる値である。同期間隔制御部２０３は、再同期要求パケットを受信すると、間隔制御値を初期値のゼロに設定する。また、同期間隔制御部２０３は、同期制御部２０２から出力される同期実施情報を受ける度に、間隔制御値を１つ増やす。したがって、再同期要求パケットを受信することなく実行した時刻同期処理の回数（以下、「連続同期回数」という。）が、間隔制御値となる。

図５Ａ及び図５Ｂは、同期間隔制御部２０３が同期間隔の長さを決定する処理の具体例を表すグラフである。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、縦軸は同期間隔の長さを秒単位で表す軸であり、横軸は連続同期回数（間隔制御値）を表す軸である。例えば図５Ａの場合、連続同期回数が０〜９回の間は同期間隔が０．１秒に設定され、その後連続同期回数が増える毎に一定の間隔で同期間隔が長くなる。連続同期回数が１００回以上になると、同期間隔は１００秒で一定となる。図５Ａ及びＢのいずれの場合も、グラフの形状は一例にすぎず、直線状であっても階段状であっても曲線状であっても良い。また、各軸の値の間隔も図示されるように指数的に増加するように設定されても良いし、等間隔に設定されても良い。

次に、第一実施形態の同期システム１００の動作の流れについて説明する。図６は、第一実施形態の同期システム１００の動作の流れを表すシーケンス図である。同期間隔制御部２０３によって決定された同期間隔にしたがって、同期制御部２０２は時刻同期スレーブ装置４０との間で同期処理を行う（ステップＳ１０１）。同期処理は、同期制御部２０２が同期パケットを時刻同期スレーブ装置４０へ送信することによって開始する。時刻同期スレーブ装置４０の同期制御部４０２は、時刻同期の結果として、スレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との差分を表す位相信号を時刻管理部４０５に出力する（ステップＳ１０２）。時刻管理部４０５は、位相信号に基づいてスレーブ装置時刻を補正する。このとき、時刻管理部４０５は、位相信号の表す時刻の差が位相差閾値を超えているか否か判定する。時刻管理部４０５は、位相信号の表す時刻の差が位相差閾値を越えていない場合は、再同期要求信号を出力しない。一方、時刻管理部４０５は、位相信号の表す時刻の差が位相差閾値を越えている場合は、異常状態であると判定する（ステップＳ１０３）。この場合、時刻管理部４０５は、同期制御部４０２に対して再同期要求信号を出力する（ステップＳ１０４）。同期制御部４０２は、再同期要求信号を受けると、再同期要求パケットを生成し、時刻同期マスタ装置２０へ送信する（ステップＳ１０５）。

時刻同期マスタ装置２０の同期間隔制御部２０３は、再同期要求パケットを受信すると、間隔制御値を初期化し、０回（ゼロ回）に設定する（ステップＳ１０６）。同期間隔制御部２０３は、同期間隔テーブルを参照し、０回の間隔制御値に応じた同期間隔の長さを表す同期間隔情報を同期制御部２０２に送信する（ステップＳ１０７）。０回の間隔制御値に応じた同期間隔の長さは、最も短い同期間隔の長さである。

同期制御部２０２は、受信した同期間隔情報にしたがって１回目の時刻同期を行う（ステップＳ１０８）。時刻同期スレーブ装置４０の同期制御部４０２は、同期処理に基づいて位相信号を生成し、時刻管理部４０５へ送信する（ステップＳ１０９）。時刻同期マスタ装置２０の同期制御部２０２は、１回目の時刻同期を行うと、同期実施情報を同期間隔制御部２０３に送信する（ステップＳ１１０）。同期間隔制御部２０３は、同期実施情報を受けると、間隔制御値を１つ増加させ（ステップＳ１１１）、増加後の間隔制御値（１回）に応じた同期間隔を表す同期間隔情報を同期制御部２０２に送信する（ステップＳ１１２）。

同期制御部２０２は、受信した同期間隔情報にしたがって２回目の時刻同期を行う（ステップＳ１１３）。このときの同期間隔、すなわち１回目の時刻同期から２回目の時刻同期が行われるまでの間の時間Ｔ１は、ステップＳ１１２の処理によって送信された同期間隔情報が表す時間間隔である。時刻同期スレーブ装置４０の同期制御部４０２は、同期処理に基づいて位相信号を生成し、時刻管理部４０５へ送信する（ステップＳ１１４）。時刻同期マスタ装置２０の同期制御部２０２は、２回目の時刻同期を行うと、同期実施情報を同期間隔制御部２０３に送信する（ステップＳ１１５）。同期間隔制御部２０３は、同期実施情報を受けると、間隔制御値を１つ増加させ（ステップＳ１１６）、増加後の間隔制御値（２回）に応じた同期間隔を表す同期間隔情報を同期制御部２０２に送信する（ステップＳ１１７）。

時刻同期マスタ装置２０の同期制御部２０２がｎ回目（ｎは１以上の整数）の時刻同期を行い（ステップＳ２０１）、時刻同期スレーブ装置４０の同期制御部４０２が時刻管理部４０５へ位相信号を送信する（ステップＳ２０２）。また、同期制御部２０２は、同期間隔制御部２０３へ同期実施情報を送信する（ステップＳ２０３）。同期間隔制御部２０３は、同期実施情報を受けると、間隔制御値を１つ増加させ（ステップＳ２０４）、増加後の間隔制御値（ｎ回）に応じた同期間隔を表す同期間隔情報を同期制御部２０２に送信する（ステップＳ２０５）。その後、同期制御部２０２がｎ＋１回目の時刻同期を行う（ステップＳ２０６）。このときの同期間隔、すなわちｎ回目の時刻同期からｎ＋１回目の時刻同期が行われるまでの間の時間Ｔｎは、ステップＳ２０５の処理によって送信された同期間隔情報が表す時間間隔である。時刻同期スレーブ装置４０の同期制御部４０２は、同期処理に基づいて位相信号を生成し、時刻管理部４０５へ送信する（ステップＳ２０７）。時刻同期マスタ装置２０の同期制御部２０２は、ｎ＋１回目の時刻同期を行うと、同期実施情報を同期間隔制御部２０３に出力する（ステップＳ２０８）。以降、時刻管理部４０５によって異常状態であるという判定がされるまで、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理が繰り返し実行される。異常状態であるという判定がなされた場合は、ステップＳ１０４以降の処理が実行される。

以上の同期システム１００では、再同期要求パケットを受信していない時間の長さが長いほど、長い同期間隔で時刻同期が行われる。そのため、再同期要求パケットを受信していない時間が長いほど、すなわち時刻の同期に関する異常が生じない時間が長いほど、同期間隔が長くなり、単位時間に通信路を流れる同期パケットのデータ量が減少する。一方、時刻の同期に関する異常が生じた場合には、同期間隔が短く設定される。そのため、異常が生じた場合には、短い同期間隔で時刻同期が行われるため時刻同期の精度の低下が抑止される。以上のとおり、同期システム１００では、時刻同期マスタ装置２０と時刻同期スレーブ装置４０との間で行われる時刻同期の精度低下を抑えつつ、同期パケットの通信頻度を低減することが可能となる。

通信路から抽出しているクロック信号に異常があった場合、その異常を第一クロック信号抽出部４０３が検出し、再同期要求パケットに応じた時刻同期が行われる。そのため、時刻同期スレーブ装置４０において時刻同期のずれを小さく抑えることができる。

時刻管理部４０５がスレーブ装置時刻をカウントするために用いる第二クロック信号は、通信路から抽出されたクロック信号（第一クロック信号）に同期している。そのため、通信路に流れているクロック信号を高精度のクロック信号にすることにより、個々の時刻同期スレーブ装置４０において高精度のクロック信号生成器を備えることなく、高精度のクロック信号に基づいてスレーブ装置時刻をカウントすることが可能となる。したがって、高精度の時刻同期を維持するために、同期パケットの送受信の間隔を短くする必要もない。

通信路に流れるクロック信号は時刻同期マスタ装置２０に入力されるクロック信号と同期している。そのため、同期パケットの送受信による時刻同期を一回行えば、通信路に流れるクロック信号にずれが生じない限りは、新たに同期パケットの送受信を行うことなく、時刻同期マスタ装置２０と時刻同期スレーブ装置４０との間で同期状態を保持することが可能である。

＜変形例＞
間隔制御値は、上述したものに限定されない。例えば、同期間隔制御部２０３は、時刻同期スレーブ装置４０から再同期要求パケットを受信していない時間の長さを計時し、計時された時間の長さを間隔制御値として用いても良い。
また、再同期要求パケットが受信された場合の処理も、上述したものに限定されない。例えば、同期間隔制御部２０３は再同期要求パケットを受信すると、間隔制御値を、その時点の間隔制御値のｍ１／ｍ２の大きさの値（ｍ１及びｍ２は１以上の整数であり、ｍ１＜ｍ２）に決定しもてよい。例えば、同期間隔制御部２０３は再同期要求パケットを受信すると、同期間隔の長さが同期間隔テーブルにおいてｍ３段階短くなるように（ｍ３は１以上の整数）、間隔制御値を減らしてもてよい。

同期制御部２０２は、０回の間隔制御値に応じた同期間隔情報を受信した場合、同期間隔の長さにかかわらず、すぐに時刻同期を行っても良い。このように構成されることによって、同期に関する異常が発生している時刻同期スレーブ装置４０に対して即座に時刻同期を行い、時刻補正を行って異常を解消することが可能となる。また、このように構成された場合、０回の間隔制御値に応じた同期間隔情報（図６のステップＳ１０７で送信される同期間隔情報）は、１回目の時刻同期から２回目の時刻同期までの間の時間（Ｔ１）を表しても良い。この場合、図６のステップＳ１１２の処理は不要となる。

通信路を流れるクロック信号は、中継装置３０の送受信に用いられる同期信号としてのクロック信号に限定される必要はない。例えば、中継装置３０がクロック同期型の通信装置でなくとも、通信路にクロック信号が流れるように構成されれば良い。したがって、この場合は中継装置３０は必ずしもクロック同期型の通信装置でなくとも良い。
時刻同期スレーブ装置４０において、再同期要求信号を出力する機能は第一クロック信号抽出部４０３か時刻管理部４０５かいずれか一方のみであっても良い。

時刻同期スレーブ装置４０は、通信路からクロック信号を抽出するのではなく、自装置にクロック信号発生器（クロックオシレータ）を備える様に構成されても良い。図７は、クロックオシレータ４０６を備える様に構成された時刻同期スレーブ装置４０ａの構成を表す機能ブロック図である。時刻同期スレーブ装置４０ａは、第一クロック信号抽出部４０３及び第二クロック信号生成部４０４に代えてクロックオシレータ４０６を備える。時刻同期管理部４０５は、クロックオシレータ４０６から出力されるクロック信号に基づいて時刻をカウントする。時刻同期スレーブ装置４０ａの他の構成は、時刻同期スレーブ装置４０と同じである。
同期制御部４０２が、時刻の同期に関する異常を検出しても良い。具体的には、同期制御部４０２は、同期処理の実行によってスレーブ装置時刻とマスタ装置時刻との差分を取得し、この差分が位相差閾値を超えるか否か判定しても良い。この場合、時刻管理部４０５は、時刻の同期に関する異常を検出しないように構成されても良い。

［第二実施形態］
図８は、同期システムの第二実施形態（同期システム１００ｂ）のシステム構成を表すシステム構成図である。同期システム１００ｂは、時刻同期スレーブ装置４０ｂが用いるクロック信号が、中継装置３０と時刻同期スレーブ装置４０ｂとの間の通信路から抽出されるクロック信号ではなく、クロック生成器１０が接続されたクロック同期網５０から抽出される点で、第一実施形態の同期システム１００と異なる。以下、第二実施形態の同期システム１００ｂについて詳細に説明する。
クロック生成器１０は、クロック同期網５０に接続され、クロック同期網５０にクロック信号を供給する。
中継装置３０ｂは、一般的なパケット伝送装置であり、クロック同期をせずに同期パケットの中継を行う。

図９は、第二実施形態における時刻同期スレーブ装置４０ｂの構成を表す機能ブロック図である。時刻同期スレーブ装置４０ｂは、第一クロック信号抽出部４０３に代えて第一クロック信号抽出部４０３ｂを備える点で、第一実施形態の時刻同期スレーブ装置４０と異なる。時刻同期スレーブ装置４０ｂの残りの構成は、第一実施形態の時刻同期スレーブ装置４０と同様である。

第一クロック信号抽出部４０３ｂは、同期パケットが送受信される通信路ではなく、クロック同期網５０から受信した信号に基づいて第一クロック信号を抽出する。
第二実施形態では、第二クロック信号を生成するための第一クロック信号は、同期パケットが送受信される通信路ではなく、クロック同期網５０から抽出される。そのため、同期パケットが送受信される通信路に障害が生じてしまった場合であっても、クロック同期網５０から抽出される第一クロック信号に基づいて時刻をカウントすることによって、時刻同期スレーブ装置４０の時刻（スレーブ装置時刻）が大幅にずれてしまうことを防止できる。

＜変形例＞
第二実施形態の同期システム１００ｂにおいて、クロック同期網５０は、クロック生成器１０に同期して動作可能なクロック同期型の伝送ネットワーク網で構成してもよい。
第二実施形態の中継装置３０ｂは、クロック同期をして同期パケットの中継を行っても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
本願は、２０１１年３月３日に、日本に出願された特願２０１１−０４６１５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明は、通信を行う装置間で時刻の同期を行う装置に適用できる。

１００，１００ｂ…同期システム
１０…クロック生成器
２０…時刻同期マスタ装置（第二の同期装置）
３０，３０ｂ…中継装置
４０，４０ａ，４０ｂ…時刻同期スレーブ装置（第一の同期装置）
２０１…パケット送受信部（送受信部）
２０２…同期制御部
２０３…同期間隔制御部
４０１…パケット送受信部（送受信部）
４０２…同期制御部（異常通知部）
４０３，４０３ｂ…第一クロック信号抽出部（異常通知部）
４０４…第二クロック信号生成部
４０５…時刻管理部（時刻管理部、異常通知部）

Claims (8)

1. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムであって、
   前記第一の同期装置は、
   前記第二の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信部と、
   前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御部と、
   前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理部と、
   通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知部と、を備え、
   前記第二の同期装置は、
   前記第一の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信部と、
   前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御部と、
   前記同期間隔制御部によって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御部と、を備える同期システム。
2. 前記同期間隔制御部は、前記異常の通知を受けると、次の同期処理までの同期間隔を、その時点の同期間隔よりも短くする請求項１に記載の同期システム。
3. 前記同期制御部は、前記異常の通知を受けると、前記同期間隔制御部によって決定された前記間隔にかかわらず、すぐに前記同期処理を行う請求項１又は２に記載の同期システム。
4. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムが行う同期方法であって、
   前記第一の同期装置が、前記第二の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、
   前記第一の同期装置が、前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御ステップと、
   前記第一の同期装置が、前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理ステップと、
   前記第一の同期装置が、通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知ステップと、
   前記第二の同期装置が、前記第一の同期装置との間で前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、
   前記第二の同期装置が、前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御ステップと、
   前記第二の同期装置が、前記同期間隔制御ステップによって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御ステップと、
   を有する同期方法。
5. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第一の同期装置であって、
   異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする第二の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信部と、
   前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御部と、
   前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理部と、
   通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知部と、
   を備える第一の同期装置。
6. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第二の同期装置であって、
   通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると異常の通知を行う前記第一の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信部と、
   前記第一の同期装置から前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御部と、
   前記同期間隔制御部によって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御部と、
   を備える第二の同期装置。
7. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第一の同期装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、
   異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする第二の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、
   前記同期用パケットに基づいて、自装置の時刻と前記第二の同期装置の時刻との差分を取得する同期制御ステップと、
   前記差分に基づいて自装置の時刻を修正する時刻管理ステップと、
   通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると前記第二の同期装置に異常を通知する異常通知ステップと、
   を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
8. 同期プロトコルにしたがって同期用パケットを送受信することによって同期処理を行い、互いの時刻を同期させる第一の同期装置及び第二の同期装置を備えた同期システムの第二の同期装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、
   通信路に障害が発生している状態又は抽出したクロック信号が劣化している状態を異常として検知すると異常の通知を行う前記第一の同期装置との間で、前記同期用パケットを送受信する送受信ステップと、
   前記第一の同期装置から前記異常の通知を受けていない時間の長さが長いほど前記同期処理を行う間隔を長くする同期間隔制御ステップと、
   前記同期間隔制御ステップによって決定された前記間隔にしたがって前記同期処理を行う同期制御ステップと、
   を前記コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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