JP4555989B2 - Time stamp device and time stamp packet generation device - Google Patents

Time stamp device and time stamp packet generation device Download PDF

Info

Publication number
JP4555989B2
JP4555989B2 JP2004299806A JP2004299806A JP4555989B2 JP 4555989 B2 JP4555989 B2 JP 4555989B2 JP 2004299806 A JP2004299806 A JP 2004299806A JP 2004299806 A JP2004299806 A JP 2004299806A JP 4555989 B2 JP4555989 B2 JP 4555989B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
time
packet
time stamp
data packet
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004299806A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006115153A (en
Inventor
朗彦 町澤
晋一 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Information and Communications Technology filed Critical National Institute of Information and Communications Technology
Priority to JP2004299806A priority Critical patent/JP4555989B2/en
Publication of JP2006115153A publication Critical patent/JP2006115153A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4555989B2 publication Critical patent/JP4555989B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Description

本発明は、ネットワーク上の所定のデータパケットに高精度なタイムスタンプ情報を挿入するタイムスタンプ装置、及び高精度なタイムスタンプ情報を格納するためのデータパケットを生成するタイムスタンプ用パケット生成装置に関する。より詳しくは、本発明は、ネットワークの非侵襲な計測、即ち伝送遅延の変動への影響を最小限にした高精度の監視、解析などの計測処理を目的として、ネットワーク上のデータパケットに高精度の時刻や時間などのタイムスタンプ情報を付与するタイムスタンプ装置、及び前記データパケットの生成装置に関する。   The present invention relates to a time stamp apparatus that inserts highly accurate time stamp information into a predetermined data packet on a network, and a time stamp packet generating apparatus that generates a data packet for storing highly accurate time stamp information. More specifically, the present invention provides high accuracy for data packets on a network for the purpose of non-invasive measurement of the network, that is, measurement processing such as high-accuracy monitoring and analysis with minimal influence on fluctuations in transmission delay. The present invention relates to a time stamp device for giving time stamp information such as time and time, and a data packet generation device.

1ギガビットイーサネット(1 gigabit Ethernet)上で最小のイーサネット・フレーム(72バイト=MAC22bytes+NetworkPDU46bytes+CRC4bytes)を伝送するための所要時間は、576ナノ秒である。このような高速広帯域ネットワークの計測を可能にするために、10ナノ秒単位の高精度タイムスタンプ処理が要求されている。   The time required to transmit the smallest Ethernet frame (72 bytes = MAC 22 bytes + Network PDU 46 bytes + CRC 4 bytes) on 1 gigabit Ethernet is 576 nanoseconds. In order to enable measurement of such a high-speed broadband network, high-accuracy time stamp processing in units of 10 nanoseconds is required.

イーサネット上のIPパケットのタイムスタンプ処理として、IPパケットのヘッダ部のタイムスタンプオプションがある(RFC781参照)。このタイムスタンプオプションによる精度はミリ秒程度しかない。さらに、IPパケットのヘッダ部へのタイムスタンプの挿入はパケット長の変化を伴い、伝送遅延の変動を生じるため、高精度なネットワーク計測のためのタイムスタンプ処理には適していない。   As a time stamp process for IP packets on Ethernet, there is a time stamp option in the header portion of the IP packet (see RFC781). The accuracy with this timestamp option is only on the order of milliseconds. Furthermore, insertion of a time stamp into the header portion of an IP packet is accompanied by a change in packet length, resulting in a variation in transmission delay, and thus is not suitable for time stamp processing for highly accurate network measurement.

タイムスタンプ処理の精度を向上させるために、様々な改良が行われている。例えば、ソフトウェアのみによるタイムスタンプ処理として、ネットワーク・デバイスドライバ内にタイムスタンプ機能を設け、CPUのタイムスタンプカウンタを使用してタイムスタンプ情報を挿入する手法があり、精度は1マイクロ秒近くまで改良されている。   Various improvements have been made to improve the accuracy of time stamp processing. For example, as a time stamp process only by software, there is a method of providing a time stamp function in a network device driver and inserting time stamp information using a CPU time stamp counter, and the accuracy is improved to nearly 1 microsecond. ing.

しかし、コンピュータ(PC)内の水晶発振回路の周波数は温度によって変化するため、この周波数の揺らぎがタイムスタンプ情報の精度を低下させてしまうという問題がある。そこで、水晶発振回路の周波数の揺らぎをソフトウェアによって補償する改良手法がある。また、水晶発振回路の代わりに安定性が改良されているセシウム原子時計を使用する改良手法もある。例えば、DAGと呼ばれるハードウェアをベースにしたネットワーク計測システムでは、セシウム原子時計を利用したハードウェアのタイムスタンプ処理が行われる(非特許文献1参照)。
Jorg Micheel, Stephen Donnelly, and Ian Graham著、「Precision timestamping of network packets 」p.p. 54-97、In proceedings of the ACM SIGCOMM Internet Measurement Workshop, San Francisco、2001年11月
However, since the frequency of the crystal oscillation circuit in the computer (PC) changes depending on the temperature, there is a problem that the fluctuation of the frequency reduces the accuracy of the time stamp information. Therefore, there is an improved technique for compensating for the frequency fluctuation of the crystal oscillation circuit by software. There is also an improved technique that uses a cesium atomic clock with improved stability instead of a crystal oscillator circuit. For example, in a network measurement system based on hardware called DAG, hardware time stamp processing using a cesium atomic clock is performed (see Non-Patent Document 1).
Jorg Micheel, Stephen Donnelly, and Ian Graham, "Precision timestamping of network packets" pp 54-97, In proceedings of the ACM SIGCOMM Internet Measurement Workshop, San Francisco, November 2001.

ネットワーク計測や時刻同期をはじめとする各種のネットワークアプリケーションでは、高精度な時間情報が必要とされる。例えば、ギガビットイーサネットでは、1バイト当たりのネットワーク通過時間は8ナノ秒であり、10ギガビットイーサネットでは、僅か0.8ナノ秒にすぎない。   Various network applications such as network measurement and time synchronization require highly accurate time information. For example, in Gigabit Ethernet, the network transit time per byte is 8 nanoseconds, and in 10 Gigabit Ethernet, it is only 0.8 nanoseconds.

非特許文献1に開示されているDAGシステムのハードウェアのタイムスタンプ装置の精度は最大で100ナノ秒程度とされている。これは、大気中のシンチレーションがGPS信号を変動させ、さらにGPS上のセシウム電子時計を変化させることなどが原因となっている。他方、ギガビットイーサネットのLANにおけるジッタ(伝送遅延の変動)は、100ナノ秒に満たない程度である。そのため、GPSを利用したハードウェアのタイムスタンプ装置は、このような高速ネットワークの計測には適していない。   The accuracy of the hardware time stamp apparatus of the DAG system disclosed in Non-Patent Document 1 is about 100 nanoseconds at maximum. This is because scintillation in the atmosphere fluctuates the GPS signal and further changes the cesium electronic clock on the GPS. On the other hand, jitter (transmission delay fluctuation) in a Gigabit Ethernet LAN is less than 100 nanoseconds. Therefore, a hardware time stamp device using GPS is not suitable for such high-speed network measurement.

また、非特許文献1のDAGシステムのタイムスタンプ装置は、タイムスタンプ情報をパケットとは別にホストPCに取り込む構造であるため、ネットワーク上の複数の経由地で挿入された時間情報を1つのパケットに格納して転送することはできない。   Further, since the time stamp apparatus of the DAG system of Non-Patent Document 1 has a structure in which time stamp information is taken into the host PC separately from the packet, the time information inserted at a plurality of transit points on the network is made into one packet. It cannot be stored and transferred.

本発明の目的は、高速ネットワークの計測において伝送遅延に変動を与えないような非侵襲な計測を可能とするために、高精度な時間情報を付与するタイムスタンプ装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a time stamp device that provides highly accurate time information in order to enable non-invasive measurement that does not change the transmission delay in high-speed network measurement.

また、本発明の目的は、高精度の時間情報を格納し、伝送時間の変動を生じさせないようなデータパケットを生成するタイムスタンプ用パケット生成装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a time stamp packet generation device that stores high-accuracy time information and generates data packets that do not cause fluctuations in transmission time.

上記目的を達成するため、本発明は、ネットワーク上のデータパケットにタイム情報を挿入するタイムスタンプ装置であって、1)部クロック信号から同期信号及び時間信号を生成する時間同期信号生成手段と、2)前記時間信号を用いて所定の間隔でタイムカウントするタイムカウント手段と、3)ネットワークから受信したデータ信号をビットストリームに変換する第1のネットワークインターフェース手段と、4)前記ビットストリームをデータ信号に変換してネットワークへ送出する第2のネットワークインタフェース手段と、5)前記同期信号を用いて、前記第1のネットワークインターフェース手段及び前記第2のネットワークインターフェース手段の間を通過する前記ビットストリームをカットスルー方式により処理するパケット処理手段とを備える。 To achieve the above object, the present invention provides a time-stamping device for inserting time information to the data packets on the network, 1) time synchronization signal generating means for generating a synchronization signal and the time signal from the external clock signal 2) time counting means for counting time at predetermined intervals using the time signal; 3) first network interface means for converting a data signal received from the network into a bit stream; and 4) the bit stream. a second network interface over face means for transmitting converted data signal to the network, 5) using the synchronization signal, passes between said first network interface unit and the second network interface means the Process the bitstream using the cut-through method And a packet processing means.

そして、前記パケット処理手段は、前記第1のネットワークインターフェース手段によりビットストリームに変換されたデータパケットから、所定の識別情報を有しかつペイロード部が固定長であるデータパケットを検出する処理と、前記検出されたデータパケットのペイロード部に前記タイムカウント手段により生成されたタイムカウント情報を格納する処理と、前記タイムカウント情報が格納されたデータパケットのチェックサムの演算結果がデータパケットに設定されているチェックサム値となるためのチェックサム補償値を演算して、演算したチェックサム補償値を該データパケットのトレイラ部に格納する処理とを行うThe packet processing means detects a data packet having predetermined identification information and having a fixed payload portion from the data packet converted into a bit stream by the first network interface means , a process of storing the time count information generated Ri by said time counting means to the payload portion of the detected data packet, checksum calculation result of the time count information is stored data packet to the data packet and it calculates a checksum compensation values for the checksum value set, and a process of storing the trailer part of the data packet the calculated checksum compensation value.

本発明のタイムスタンプ装置は、高精度の外部クロック信号として、例えば、セシウム原子時計の10MHzクロック信号を利用する。そして、タイムカウント手段は、例えば64ビットのカウンタを備えて、前記クロック信号を増幅した100MHzの時間信号を用いて、所定の間隔のタイムカウントを行う。このタイムカウント情報(カウンタ値)をタイムスタンプ情報とする。   The time stamp apparatus of the present invention uses, for example, a 10 MHz clock signal of a cesium atomic clock as a high-precision external clock signal. The time counting means includes a 64-bit counter, for example, and performs time counting at a predetermined interval using a time signal of 100 MHz obtained by amplifying the clock signal. This time count information (counter value) is used as time stamp information.

そして、ネットワーク上のデータ信号は、前記第1のネットワークインターフェース手段によってビットストリームに変換され、前記パケット処理手段を通過し、前記第2のネットワークインターフェース手段によってデータ信号に変換されてネットワーク上に送出される。さらに、パケット処理手段では通過するビットストリームに対して、カットスルー方式によって以下の処理が施される。   A data signal on the network is converted into a bit stream by the first network interface means, passes through the packet processing means, is converted to a data signal by the second network interface means, and is sent out on the network. The Further, the packet processing means performs the following processing on the passing bit stream by the cut-through method.

前記パケット処理手段は、ビットストリームで構成されるデータパケットの所定の識別情報を用いて特定のタイムスタンプ用のデータパケットを検出する。そして、識別情報が検出されたデータパケットの固定されたサイズのペイロード部に、タイムカウント手段により供給されたタイムカウント情報(カウンタ値)を格納する。さらに、タイムカウント情報の格納後に行うチェックサム演算結果が、前記データパケットに設定されている所定のチェックサム値となるように補償値を演算し、データパケットの末尾の所定部に前記補償値を格納する。   The packet processing means detects a data packet for a specific time stamp using predetermined identification information of the data packet configured by a bit stream. Then, the time count information (counter value) supplied by the time count means is stored in the fixed-size payload portion of the data packet in which the identification information is detected. Further, a compensation value is calculated so that a checksum calculation result performed after storing the time count information becomes a predetermined checksum value set in the data packet, and the compensation value is added to a predetermined portion at the end of the data packet. Store.

その後、パケット処理手段によって処理されたデータパケットは、第2のネットワークインターフェース手段によってデータ信号に変換されてネットワークへ送出される。   Thereafter, the data packet processed by the packet processing means is converted into a data signal by the second network interface means and sent to the network.

なお、識別情報を検出しなかったビットストリームはそのまま第2のネットワークインターフェース手段によってネットワークへ送出される。   The bit stream for which no identification information has been detected is sent as it is to the network by the second network interface means.

本発明のタイムスタンプ装置において、タイムカウント手段では、例えば、セシウム原子時計の10MHzクロック信号のような高精度の外部クロック信号をもとに増幅された任意の周波数を用いて、例えば10ナノ秒単位など任意の間隔によるタイムカウント情報を生成し、パケット処理手段では、ストアアンドフォワード方式ではなくカットスルー方式によって、高精度のタイムカウント情報を用いたタイムスタンプ情報を特定のパケットに格納する。また、本発明のタイムスタンプ装置では、パケット処理手段の処理対象は、所定の識別情報が設定された任意の固定されたデータサイズのペイロード部を有するデータパケットであり、例えば、UDPなどのデータグラム型のデータパケットを使用する。   In the time stamp device of the present invention, the time counting means uses, for example, a unit of 10 nanoseconds using an arbitrary frequency amplified based on a high-accuracy external clock signal such as a 10 MHz clock signal of a cesium atomic clock. The packet processing means stores time stamp information using highly accurate time count information in a specific packet by a cut-through method instead of a store-and-forward method. In the time stamp apparatus of the present invention, the processing target of the packet processing means is a data packet having a payload portion having an arbitrary fixed data size in which predetermined identification information is set. For example, a datagram such as UDP Use type data packets.

これにより、高速ネットワークの計測において、高精度なタイムスタンプ情報を使用した伝送時間の高精度な計測を実現することができる。また、パケットサイズの変化やバッファリング時間の変動による伝送遅延の変動を生じさせないため、伝送遅延ジッタに影響を及ぼさない非侵襲な計測を実現することができる。   Thereby, in the measurement of a high-speed network, the highly accurate measurement of the transmission time using highly accurate time stamp information is realizable. In addition, since a change in transmission delay due to a change in packet size or a change in buffering time does not occur, noninvasive measurement that does not affect transmission delay jitter can be realized.

さらに、前記パケット処理手段は、前記パケットデータのペイロード部にタイムカウント情報が格納されている場合に、前記格納されたタイムカウント情報の後ろに追加してタイムカウント情報を格納する。これにより、1つのデータパケットに複数の経由地でのタイムスタンプ情報を格納して転送できるため、1つのデータパケットでネットワークの伝送時間を監視・計測することができる。   Further, when the time count information is stored in the payload portion of the packet data, the packet processing means stores the time count information in addition to the stored time count information. As a result, time stamp information at a plurality of transit points can be stored and transferred in one data packet, so that the transmission time of the network can be monitored and measured with one data packet.

また、前記パケット処理手段は、前記データパケットから所定のモード値を検出し、前記モード値に応じて、少なくともタイムカウント情報を含む所定のタイムスタンプ情報を前記ペイロード部に格納する。例えば、各経由地のタイムカウント情報(カウンタ値)を順次格納するモード、カウンタ値と共にカウンタ値を時間情報に変換するパラメタを格納するモード、カウンタ値と共に計測値などの所定のデータを格納するモードなどを指定することができる。これにより、高精度のタイムスタンプ情報を、ネットワーク計測だけでなく、正確な時間管理が必要な計測データの転送などにも利用することができる。   The packet processing means detects a predetermined mode value from the data packet, and stores predetermined time stamp information including at least time count information in the payload portion according to the mode value. For example, a mode for sequentially storing time count information (counter value) at each waypoint, a mode for storing a parameter for converting the counter value into time information together with the counter value, and a mode for storing predetermined data such as a measured value together with the counter value Etc. can be specified. Thereby, highly accurate time stamp information can be used not only for network measurement but also for transfer of measurement data that requires accurate time management.

また、前記パケット処理手段は、さらに、前記ビットストリームをキャプチャし、データ記憶手段に保存するパケットキャプチャ手段を備える。これにより、ネットワーク上を通過するビットストリームを保存して、ネットワークの監視や解析などに使用することができる。   The packet processing means further includes a packet capture means for capturing the bit stream and storing it in a data storage means. As a result, the bit stream passing over the network can be stored and used for network monitoring and analysis.

また、本発明は、タイムスタンプ用データパケットを生成するタイムスタンプ用パケット生成装置であって、1)タイム情報を格納するために所定のデータサイズのペイロード部を備え、所定の識別情報を格納したデータグラム型のデータパケットを生成するパケット生成手段と、2)前記データパケットをデータ信号に変換してネットワークへ送出するネットワークインタフェース手段とを備える。   The present invention also relates to a time stamp packet generating device for generating a time stamp data packet. 1) A time stamp packet storing device having a predetermined data size for storing time information and storing predetermined identification information. A packet generation unit that generates a datagram type data packet; and 2) a network interface unit that converts the data packet into a data signal and transmits the data signal to a network.

また、本発明のタイムスタンプ用パケット生成装置は、さらに、3)高精度の外部クロック信号から同期信号及び時間信号を生成する時間同期信号生成手段と、4)前記時間信号を用いて所定の間隔でタイムカウントするタイムカウント手段と、5)前記データパケットのペイロード部に前記タイムカウント手段によるタイムカウント情報を格納するタイムスタンプ付与手段とを備える。   The time stamp packet generator of the present invention further includes 3) time synchronization signal generating means for generating a synchronization signal and a time signal from a highly accurate external clock signal, and 4) a predetermined interval using the time signal. And 5) time stamp giving means for storing time count information by the time counting means in the payload portion of the data packet.

これにより、前記タイムスタンプ装置で処理対象となるデータパケットを提供することができる。   Thereby, a data packet to be processed by the time stamp device can be provided.

また、前記タイムスタンプ用パケット生成装置のネットワークインターフェース手段は、任意の間隔で前記データパケットをネットワークへ送出する。これにより、正確な時報や1pps(packet per second)信号に相当するパケットを、送出又はブロードキャストすることができる。   Further, the network interface means of the time stamp packet generating device sends the data packet to the network at an arbitrary interval. Thereby, a packet corresponding to an accurate time signal or a 1 pps (packet per second) signal can be transmitted or broadcast.

本発明のタイムスタンプ装置によれば、従来のタイムスタンプ処理の100ナノ秒の精度に比べて、より高精度(例えば、10ナノ秒r.m.s.)でタイムスタンプ情報を付与する処理を実現することができ、高速ネットワークに対する高精度の計測が可能となる。   According to the time stamp apparatus of the present invention, it is possible to realize a process of giving time stamp information with higher accuracy (for example, 10 nanoseconds rms) than the accuracy of 100 nanoseconds of the conventional time stamp processing. High-precision measurement for high-speed networks is possible.

また、本発明のタイムスタンプ装置によれば、通過する特定のデータパケットに対してカットスルー方式により高精度のタイムスタンプ情報を格納することができ、高速ネットワークに対する非侵襲な計測が可能となる。   Further, according to the time stamp apparatus of the present invention, highly accurate time stamp information can be stored for a specific data packet passing by a cut-through method, and non-invasive measurement for a high-speed network becomes possible.

また、本発明のタイムスタンプ用パケット生成装置は、高精度なタイムスタンプ情報を格納するパケットを任意の間隔で送出することができ、例えば、1ppsパケットなどにより、ネットワーク家電、情報機器の時計合わせや1pps信号を必要とする精密計測機器、同期システムへの正確な時刻情報の伝送・提供が可能となる。   In addition, the time stamp packet generator of the present invention can send packets storing high-accuracy time stamp information at an arbitrary interval. For example, a 1 pps packet can be used to set the clock of network home appliances and information devices. It is possible to transmit and provide accurate time information to precision measuring instruments and synchronization systems that require 1 pps signals.

以下、本発明を実施するための最良の形態例を、図を用いて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明のタイムスタンプ装置1は、ネットワーク上を通過する所定のデータパケットに、高精度のタイムスタンプ情報を挿入し、又は、タイムスタンプ情報を挿入するためのデータパケットを作成する装置である。   The time stamp apparatus 1 of the present invention is an apparatus that inserts high-precision time stamp information into a predetermined data packet that passes through a network, or creates a data packet for inserting time stamp information.

タイムスタンプ装置1が付与するタイムスタンプ情報は、高精度な外部クロック信号にもとづく所定の間隔でカウントアップしたカウンタ値とする。所定の間隔をGTS(Generalize Time Stamp)とし、本例では、10ナノ秒間隔のカウンタ値とする。タイムスタンプ情報として挿入される値が、ナノ秒の累乗ではなく所定の間隔(GTS)のカウント数である理由は、処理コストを軽減でき、ジッタを少なくすることができるからである。   The time stamp information provided by the time stamp device 1 is a counter value counted up at a predetermined interval based on a highly accurate external clock signal. The predetermined interval is GTS (Generalize Time Stamp), and in this example, the counter value is 10 nanoseconds. The reason why the value inserted as the time stamp information is not the power of nanoseconds but the number of counts of a predetermined interval (GTS) is that the processing cost can be reduced and the jitter can be reduced.

タイムスタンプ装置1で処理対象とする所定のデータパケット、又は、生成するデータパケットは、特定のポート番号を有するUDP(User Datagram Protocol)パケットであってIPv4及びIPv6の両方に対応しているものとする。この特定のデータパケットのフォーマットの詳細は後述する。   A predetermined data packet to be processed by the time stamp device 1 or a data packet to be generated is a UDP (User Datagram Protocol) packet having a specific port number and corresponds to both IPv4 and IPv6. To do. Details of the format of this specific data packet will be described later.

図1は、本発明のタイムスタンプ装置の構成例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a time stamp apparatus according to the present invention.

タイムスタンプ装置1は、PCI(Peripheral Component Interconnect)規格カードサイズのFPGAをベースに実施され、ネットワークインターフェース部10、時間同期情報生成部20、タイムカウンタ部30、パケット処理部40、及びホストインターフェース部50を備える。   The time stamp device 1 is implemented based on a PCI (Peripheral Component Interconnect) standard card size FPGA, and includes a network interface unit 10, a time synchronization information generation unit 20, a time counter unit 30, a packet processing unit 40, and a host interface unit 50. Is provided.

ネットワークインターフェース部10は、1ギガビット・イーサネット・インターフェースを備える2つのポートを持ち、ネットワーク上のデータ信号をビットストリームに変換し、又は、変換したビットストリームをデータ信号に変換してネットワークへ送出する処理を全二重動作で行う手段である。   The network interface unit 10 has two ports having a 1 gigabit Ethernet interface, and converts a data signal on the network into a bit stream, or converts the converted bit stream into a data signal and sends the data signal to the network Is a means for performing full-duplex operation.

具体的には、ネットワークインターフェース部10は、それぞれ、コネクタ(RJ45)11−1及び物理層処理部(PHY)12−1のポート#1、コネクタ(RJ45)11−2及び物理層処理部(PHY)12−2のポート#2からなる2つの1000Base−Tのインターフェースを備え、IPパケットが2つのインターフェース(ポート#1及びポート#2)の間を通過する構造となっている。   Specifically, the network interface unit 10 includes the port # 1 of the connector (RJ45) 11-1 and the physical layer processing unit (PHY) 12-1, the connector (RJ45) 11-2, and the physical layer processing unit (PHY), respectively. ) Two 1000Base-T interfaces consisting of 12-2 port # 2 are provided, and an IP packet passes between the two interfaces (port # 1 and port # 2).

時間同期情報生成部20は、外部信号入力部21、位相同期部(PLL)22を備え、外部信号入力部21が入力した高精度の基準クロック信号を位相同期部22で増幅して所定の周波数の同期信号及び時間信号を生成する処理手段である。   The time synchronization information generation unit 20 includes an external signal input unit 21 and a phase synchronization unit (PLL) 22. The high-precision reference clock signal input by the external signal input unit 21 is amplified by the phase synchronization unit 22 and has a predetermined frequency. The processing means for generating the synchronization signal and the time signal.

外部信号入力部21は、高精度の基準クロック信号として、セシウム電子時計の10MHzクロック信号を使用する。又は、ルビジウム原子発振器、タイムスタンプ装置1内に備えるオーブンタイプ水晶発信回路(図示せず)のクロック信号を使用してもよい。なお、装置内のオーブンタイプ水晶発振回路は、外部の10MHz信号を使用せずに、温度調整された室内で10―8の精度を維持できる性能を備える。 The external signal input unit 21 uses a 10 MHz clock signal of a cesium electronic timepiece as a highly accurate reference clock signal. Alternatively, a clock signal of an oven type crystal oscillation circuit (not shown) provided in the rubidium atomic oscillator and the time stamp apparatus 1 may be used. Note that the oven-type crystal oscillation circuit in the apparatus has a performance capable of maintaining an accuracy of 10 −8 in a temperature-controlled room without using an external 10 MHz signal.

また、外部信号入力部21は、高精度な1pps信号(1秒パルス)を入力することができる。   The external signal input unit 21 can input a highly accurate 1 pps signal (1 second pulse).

位相同期部22は、外部信号入力部21で入力された高精度な基準クロック信号を増幅し、物理層処理部12−1,12−2、パケット処理部40に対し25MHzの同期信号を、タイムカウンタ部30に対し100MHzの同期信号又は1ppsの時間信号を送出する。また、ホストインターフェース部50に40MHzの同期信号を送出する。   The phase synchronization unit 22 amplifies the high-accuracy reference clock signal input from the external signal input unit 21, and outputs a 25 MHz synchronization signal to the physical layer processing units 12-1 and 12-2 and the packet processing unit 40. A 100 MHz synchronization signal or a 1 pps time signal is sent to the counter unit 30. In addition, a 40 MHz synchronization signal is sent to the host interface unit 50.

タイムカウンタ部30は、64ビットのタイムカウンタを持ち、同期信号及び時間信号を用いて、所定の間隔(GTS)でカウントアップする。1カウントは、10ナノ秒単位であり、カウント数は、最大227×10ナノ秒となる。 The time counter unit 30 has a 64-bit time counter and counts up at a predetermined interval (GTS) using a synchronization signal and a time signal. One count is in units of 10 nanoseconds, and the maximum number is 2 27 × 10 nanoseconds.

また、タイムカウンタ部30は、タイムスタンプ装置1の電源投入時又は最初の1pps時間信号に対してカウンタ値を0にリセットする。また、1ppsの時間信号が2の冪に達する度に、タイムスタンプ値を1pps数で除した値を計算し、64ビットの計算結果をカウンタレートとして保持する。   In addition, the time counter unit 30 resets the counter value to 0 when the time stamp device 1 is turned on or for the first 1 pps time signal. Each time the 1 pps time signal reaches the power of 2, a value obtained by dividing the time stamp value by the 1 pps number is calculated, and the 64-bit calculation result is held as the counter rate.

パケット処理部40は、ネットワークインターフェース部10の2つのポート#1及びポート#2の間のパイプラインを通過するIPパケット(ビットストリーム)のうち、予め定められた特定のポート番号を持つGTSパケットをカットスルー方式により処理する処理手段である。   The packet processing unit 40 selects a GTS packet having a predetermined specific port number from among IP packets (bitstreams) passing through the pipeline between the two ports # 1 and # 2 of the network interface unit 10. Processing means for processing by a cut-through method.

パケット処理部40は、タイムスタンプ付与部41、チェックサム補償部42、パケットキャプチャ部43、パケット生成部44を備える。   The packet processing unit 40 includes a time stamp assigning unit 41, a checksum compensation unit 42, a packet capture unit 43, and a packet generation unit 44.

タイムスタンプ付与部41は、通過するIPパケットの所定の位置を検出して、特定のポート番号を持つGTSパケットのみに対して、ペイロード部の所定位置に設定されたモード指定に従って、所定のタイムスタンプ情報をGTSパケットに格納する処理手段である。タイムスタンプ付与部41は、タイムスタンプ情報として、そのGTSパケットのイーサネットフレームの先頭が、コネクタ11−1、11−2に到着した時点でタイムカウンタ部30によりカウントアップされたカウンタ値を使用する。   The time stamp assigning unit 41 detects a predetermined position of the passing IP packet, and for only a GTS packet having a specific port number, according to the mode designation set in the predetermined position of the payload part, the predetermined time stamp It is a processing means for storing information in a GTS packet. The time stamp giving unit 41 uses, as time stamp information, the counter value counted up by the time counter unit 30 when the head of the Ethernet frame of the GTS packet arrives at the connectors 11-1 and 11-2.

チェックサム補償部42は、タイムスタンプ情報の格納後に、CRC(Cyclic Redundancy Check)チェックサムの演算結果がGTSパケットのヘッダ部に設定されるチェックサム値となるための補償値を演算し、GTSパケットのトレイラに格納する処理手段である。   After storing the time stamp information, the checksum compensation unit 42 computes a compensation value for the CRC (Cyclic Redundancy Check) checksum computation result to be a checksum value set in the header part of the GTS packet. It is a processing means stored in the trailer.

パケットキャプチャ部43は、ネットワークインターフェース部10の2つのポートを通過するイーサネットフレーム(ビットストリーム)をキャプチャし、所定のデータ記憶部に、例えばtcpdumpフォーマットで保存する処理手段である。パケットキャプチャ部43は、ワイヤーレートで1000万個以上のイーサネットフレームをキャプチャする。   The packet capture unit 43 is a processing unit that captures an Ethernet frame (bit stream) that passes through two ports of the network interface unit 10 and stores it in a predetermined data storage unit, for example, in the tcpdump format. The packet capture unit 43 captures 10 million or more Ethernet frames at a wire rate.

パケット生成部44は、タイムスタンプ情報を格納する所定のデータサイズのペイロード部を備え、所定のポート番号が設定されたデータグラム型のデータパケット、すなわちGTSパケットを生成する処理手段である。また、パケット生成部44は、生成したGTSパケットを、ネットワークインターフェース部10を通じて任意の間隔でネットワークに送出される。   The packet generation unit 44 is a processing unit that includes a payload portion having a predetermined data size for storing time stamp information, and generates a datagram type data packet in which a predetermined port number is set, that is, a GTS packet. The packet generator 44 sends the generated GTS packet to the network at an arbitrary interval through the network interface unit 10.

なお、パケット処理部40は、GTSパケット以外のIPパケットには何も処理を加えずにそのまま通過させる。   The packet processing unit 40 passes the IP packet other than the GTS packet as it is without performing any processing.

パケット処理部40の処理対象となるGTSパケットは所定のデータサイズのペイロード部を持つ。ペイロード部のフォーマットは、0〜7byteに、バージョン番号(Ver#)、モード(mode)、TS数(n)、シリアル番号(serial#)が設定され、8byte以降にタイムスタンプ情報が格納されるように構成される。   A GTS packet to be processed by the packet processing unit 40 has a payload portion having a predetermined data size. As for the format of the payload part, version number (Ver #), mode (mode), number of TS (n), serial number (serial #) are set to 0 to 7 bytes, and time stamp information is stored after 8 bytes. Configured.

バージョン番号は、GTSパケットのフォーマットのバージョンを示すフィールド、モードはタイムスタンプ付与処理の種別を示すフィールド、TS数はペイロード部に格納されるタイムスタンプ数となるホップ数を示すフィールド、シリアル番号は一連のGTSパケットの当該パケットの順序を示すフィールドである。各値は、ネットワークのバイトオーダすなわちbig-endianで格納される。   The version number is a field indicating the version of the format of the GTS packet, the mode is a field indicating the type of time stamping process, the TS number is a field indicating the number of hops that is the number of time stamps stored in the payload portion, and the serial number is a series This field indicates the order of the GTS packet. Each value is stored in network byte order or big-endian.

図2〜図4に、各モードでのGTSパケットのペイロード部のフォーマットを示す。   2 to 4 show the format of the payload portion of the GTS packet in each mode.

モードの指定は、例えば、パッシングモード(0x02)、タイムコンバージョンモード(0x04)、イベントタイムスタンプモード(0x10、0x11)などがある。   The mode designation includes, for example, a passing mode (0x02), a time conversion mode (0x04), and an event time stamp mode (0x10, 0x11).

〔パッシングモード〕
パッシングモードは、ペイロード部に複数の経由地のタイムスタンプ情報を格納できるモードである。
[Passing mode]
The passing mode is a mode in which time stamp information of a plurality of waypoints can be stored in the payload portion.

図2(A)に示すように、コンピュータTXからコンピュータRXへネットワークNを通過してパケットが伝送されるとする。コンピュータTX側とコンピュータRX側に、それぞれタイムスタンプ装置1―1、1−2を設置し、コンピュータTXからコンピュータRXへと伝送されるGTSパケットにパッシングモードのものを使用する。   As shown in FIG. 2A, it is assumed that a packet is transmitted from the computer TX to the computer RX through the network N. The time stamp devices 1-1 and 1-2 are installed on the computer TX side and the computer RX side, respectively, and GTS packets transmitted from the computer TX to the computer RX are used in the passing mode.

タイムスタンプ装置1−1では、このパッシングモードのGTSパケットにタイムスタンプ情報(timestamp#0)を格納し、タイムスタンプ装置1−2で同じパケットにタイムスタンプ情報(timestamp#1)を格納する。   The time stamp device 1-1 stores time stamp information (timestamp # 0) in the GTS packet in the passing mode, and the time stamp device 1-2 stores time stamp information (timestamp # 1) in the same packet.

これにより、1つのGTSパケットで、コンピュータTXとコンピュータRXの間のネットワークNの伝送時間を計測することができる。   Thereby, the transmission time of the network N between the computer TX and the computer RX can be measured with one GTS packet.

図2(B)は、パッシングモード指定のペイロード部のフォーマットを示す図である。   FIG. 2B is a diagram showing the format of the payload portion specifying the passing mode.

タイムスタンプ付与部41は、モード指定としてパッシングモード(xxxxxxxx=00000010)の指定を検出すると、ペイロード部のTS数(ホップ数)n(yyyyyyyy)の値から、ペイロード部の所定の格納位置(8*(yyyyyyyy+1))バイト目にタイムスタンプ情報を格納し、TS数(ホップ数)n(yyyyyyyy)を1つインクリメントする。なお、GTSパケットのサイズが、「8*(yyyyyyyy+1)」バイト以下であれば、パケット最後部8バイトにタイムスタンプ情報を格納する。   When the time stamp assigning unit 41 detects the designation of the passing mode (xxxxxxxx = 00000010) as the mode designation, the time stamp assigning unit 41 determines the predetermined storage location (8 *) of the payload part from the value of the number of TSs (hops) n (yyyyyyyy) in the payload part. The time stamp information is stored in the (yyyyyyyy + 1)) byte, and the TS number (hop number) n (yyyyyyyy) is incremented by one. If the size of the GTS packet is less than “8 * (yyyyyyyy + 1)” bytes, the time stamp information is stored in the last 8 bytes of the packet.

〔タイムコンバージョンモード〕
タイムコンバージョンモードは、タイムスタンプ情報として、GTSによるカウンタ値及びカウンタ値から時間情報へ変換するための値を格納するモードである。
[Time conversion mode]
The time conversion mode is a mode for storing a GTS counter value and a value for converting the counter value into time information as time stamp information.

本発明では、処理コスト及びジッタ抑制のために、タイムカウンタ部30によるカウンタ値をタイムスタンプ情報として使用する。カウンタ値cは、以下の式(1)で簡単に秒単位系での時間tに変換することができる。   In the present invention, the counter value by the time counter unit 30 is used as time stamp information in order to suppress processing costs and jitter. The counter value c can be easily converted to time t in the second unit system by the following equation (1).

t=c/r+o (1)
タイムコンバージョンモードでは、タイムスタンプ情報として、タイムカウンタ部30のカウント値及び時間tへの変換に必要なパラメタの組をペイロード部に格納する。
t = c / r + o (1)
In the time conversion mode, a set of parameters necessary for conversion to the count value of the time counter unit 30 and time t is stored as time stamp information in the payload portion.

図3は、タイムコンバージョンモード指定のペイロード部のフォーマットを示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the format of the payload portion for specifying the time conversion mode.

タイムスタンプ付与部41は、モード指定としてタイムコンバージョンモード(xxxxxxxx=00000100)の指定を検出すると、タイムスタンプ情報として、タイムカウンタ部30のカウンタ値(c)、1秒間のカウント数レートを示すカウンタレート(rate(r))、カウンタが0にセットされた時間を示すオフセット(offset(o))、及びカウンタ値から算出する時間の単位(time)をペイロード部の所定の位置(16バイト目)に格納する。   When the time stamp adding unit 41 detects the specification of the time conversion mode (xxxxxxxx = 00000100) as the mode specification, the counter value (c) of the time counter unit 30 as the time stamp information, and the counter rate indicating the count number rate for one second (Rate (r)), offset (offset (o)) indicating the time when the counter is set to 0, and a unit of time (time) calculated from the counter value are set to a predetermined position (16th byte) of the payload portion Store.

これにより、タイムコンバージョンモードのGTSパケットを取得したホストコンピュータは、カウンタ値cから時間tを算出することができる。   Thus, the host computer that has acquired the GTS packet in the time conversion mode can calculate the time t from the counter value c.

〔イベントタイムスタンプモード〕
イベントタイムスタンプモードは、タイムスタンプ情報として、GTSによるカウンタ値及び所定のデータを格納するモードである。
[Event timestamp mode]
The event time stamp mode is a mode for storing a GTS counter value and predetermined data as time stamp information.

図4は、イベントタイムスタンプモード指定のペイロード部のフォーマット例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a format example of the payload portion for designating the event time stamp mode.

タイムスタンプ付与部41は、モード指定としてタイムコンバージョンモードのアンロック状態(xxxxxxxx=00010000)の指定を検出すると、タイムスタンプ情報として、タイムカウンタ部30によるカウンタ値及び所定の計測値の組をペイロード部の所定の位置(8バイト目)に格納し、モードをタイムコンバージョンのロック状態(xxxxxxxx=00010001)に書き換える。   When the time stamp assigning unit 41 detects the designation of the unlocked state (xxxxxxxx = 00010000) in the time conversion mode as the mode designation, the time stamp assigning unit 41 sets the counter value by the time counter unit 30 and a predetermined measurement value as time stamp information. And the mode is rewritten to the time conversion lock state (xxxxxxxx = 00010001).

一方、タイムスタンプ付与部41は、モード指定としてタイムコンバージョンモードのロック状態(xxxxxxxx=00010001)の指定を検出した場合には、ペイロード部へのタイムスタンプ情報の格納は行わない。   On the other hand, when the time stamp assigning unit 41 detects the designation of the locked state (xxxxxxxx = 00010001) of the time conversion mode as the mode designation, it does not store the time stamp information in the payload part.

これにより、ホストコンピュータが計測したデータなどを、イーサネットを通じて他のコンピュータに転送する場合に、イベントタイムスタンプモードのGTSパケットのペイロード部に、カウンタ値及び転送するデータの組を格納することで、転送データに正確なタイムスタンプを付与することができる。   As a result, when data measured by the host computer is transferred to another computer via Ethernet, the counter value and the set of data to be transferred are stored in the payload portion of the GTS packet in the event time stamp mode. Accurate time stamps can be given to data.

なお、いずれのモードにおいても、パケット処理部40の処理性能は、パケット長とは無関係であり、ほぼ一定して400ナノ秒である。ただし、最大で20ナノ秒のジッタ(11ナノ秒r.m.s)が生じる。ファストイーサネットの伝送周波数が25MHzに起因するものである。   In any mode, the processing performance of the packet processing unit 40 is irrelevant to the packet length and is substantially constant at 400 nanoseconds. However, jitter of up to 20 nanoseconds (11 nanoseconds r.m.s) occurs. This is because the Fast Ethernet transmission frequency is 25 MHz.

図5に、本発明による、100MイーサネットのGTSパケットのジッタの計測結果の例を示す。100Mイーサネットのネットワークのキャリアは25MHzであり、本発明が、予想される範囲のジッタを正確に計測していることがわかる。   FIG. 5 shows an example of a measurement result of jitter of a 100M Ethernet GTS packet according to the present invention. It can be seen that the carrier of the 100M Ethernet network is 25 MHz, and that the present invention accurately measures the expected range of jitter.

ホストインターフェース部50は、タイムスタンプ装置1が挿入されているホストコンピュータとのデータ及び制御のやりとりをPCIによって行う処理手段である。ホストインターフェース部50は、PCIバスにより電源を供給し、タイムスタンプ装置1の各処理部の設定又はリセットを行う。   The host interface unit 50 is a processing unit that exchanges data and control with the host computer in which the time stamp device 1 is inserted by PCI. The host interface unit 50 supplies power via the PCI bus, and sets or resets each processing unit of the time stamp apparatus 1.

ホストコンピュータは、ホストインターフェース部50を通じて、タイムスタンプ装置1の位相同期部22のクロック、10MHz外部クロック信号の有無など各処理手段の状態を確認し、リモートからファームウェアアップデートをすることができる。   The host computer can confirm the status of each processing means such as the clock of the phase synchronization unit 22 of the time stamp device 1 and the presence of a 10 MHz external clock signal through the host interface unit 50, and can remotely update the firmware.

以下、本発明の適用例を説明する。本発明を、ネットワーク・デバイスの転送ジッタの計測、コンピュータにおけるタイムスタンプ処理の評価、及びネットワーク使用率の評価の各処理に適用した。   Hereinafter, application examples of the present invention will be described. The present invention is applied to each process of measurement of transfer jitter of a network device, evaluation of time stamp processing in a computer, and evaluation of network usage rate.

〔ネットワーク・デバイスの転送ジッタの計測〕
図6は、本発明を適用したネットワーク・デバイスの転送ジッタの計測を説明するための図である。図6(A)に示すように、コンピュータTXからコンピュータRXへネットワーク装置NDを通過してパケットが伝送される場合に、ネットワーク装置NDのパケット転送のジッタを計測した。数台のGbEスイッチングハブ、L2/3スイッチを計測するため、計測対象を挟んでコンピュータTX側とコンピュータRX側に、それぞれタイムスタンプ装置1―1、1−2を設置し、コンピュータTXからコンピュータRXへ向けてパッシングモードのGTSパケットを伝送した。
[Measurement of transfer jitter of network devices]
FIG. 6 is a diagram for explaining transfer jitter measurement of a network device to which the present invention is applied. As shown in FIG. 6A, when a packet is transmitted from the computer TX to the computer RX through the network device ND, the packet transfer jitter of the network device ND is measured. In order to measure several GbE switching hubs and L2 / 3 switches, the time stamp devices 1-1 and 1-2 are respectively installed on the computer TX side and the computer RX side across the measurement target. A GTS packet in passing mode was transmitted to

図6(B)に示す計測結果は、スイッチングハブのジッタは約40ナノ秒であり、L2/3スイッチのジッタは100〜200ナノ秒であることを示している。この結果から、いくつかのスイッチングハブでは、接続するLANにおける伝送遅延のジッタが100ナノ秒単位を超えないことがわかる。100ナノ秒のジッタは、GPSによる時間同期の限界である。したがって、GPSを使用することなく、ワイヤード・ネットワークでの100ナノ秒未満の時間同期を達成することが可能であることがわかる。   The measurement result shown in FIG. 6B shows that the jitter of the switching hub is about 40 nanoseconds, and the jitter of the L2 / 3 switch is 100 to 200 nanoseconds. From this result, it can be seen that in some switching hubs, the jitter of transmission delay in the connected LAN does not exceed 100 nanosecond units. 100 nanosecond jitter is the limit of time synchronization by GPS. Thus, it can be seen that time synchronization of less than 100 nanoseconds in a wired network can be achieved without using GPS.

〔コンピュータにおけるタイムスタンプ処理の評価〕
図7は、本発明を適用したコンピュータにおけるタイムスタンプ処理の評価を説明するための図である。
図7(A)に示すように、コンピュータTXからコンピュータRXへパケットが伝送されるとする。
[Evaluation of time stamp processing in computers]
FIG. 7 is a diagram for explaining evaluation of time stamp processing in a computer to which the present invention is applied.
Assume that a packet is transmitted from the computer TX to the computer RX as shown in FIG.

パケットにタイムスタンプ処理を行うために、プログラム可能性及び多様性を備えるコンピュータが使用されることも多い。コンピュータを用いたタイムスタンプ処理の精度を向上させるための代表的な手法として、2つの手法がある。   Computers with programmability and versatility are often used to time stamp packets. There are two typical techniques for improving the accuracy of time stamp processing using a computer.

1つは、gettimeofday()関数の代りに、プロセッサ・サイクル・カウンタを使用する手法である。近年のMPUは、各CPUのクロックサイクルをインクリメントする高精度なカウンタを備え、このカウンタは、GTSに相当する。   One approach is to use a processor cycle counter instead of the gettimeofday () function. Recent MPUs include a high-accuracy counter that increments the clock cycle of each CPU, and this counter corresponds to GTS.

もう1つは、ネットワークインターフェースのデバイスにタイムスタンプ機能を実装する手法である。デバイスドライバは、プログラム中では最終段階であり、デバイスドライバ内でのタイムスタンプ処理は、プロセススケジュールによる影響がほとんどない。   The other is a method of implementing a time stamp function in a device of a network interface. The device driver is the final stage in the program, and the time stamp processing in the device driver is hardly affected by the process schedule.

そこで、コンピュータTXのネットワークの出入り口にタイムスタンプ装置1を接続して、コンピュータTXにおける、前記手法によるタイムスタンプ処理の精度について評価した。すなわち、ユーザプログラム領域(user land)でgettimeofday()関数を用いた処理、ユーザプログラム領域でのRDTSC(あるMPUにおいて、プロセッサ・サイクル・カウンタを読み出す命令)による処理、及びネットワークインターフェース・ドライバ(NIC)でのRDTSCによる処理を評価した。   Therefore, the time stamp apparatus 1 was connected to the entrance / exit of the network of the computer TX, and the accuracy of the time stamp processing by the above method in the computer TX was evaluated. That is, processing using the gettimeofday () function in the user program area (user land), processing by RDTSC in the user program area (an instruction to read a processor cycle counter in a certain MPU), and a network interface driver (NIC) The treatment with RDTSC was evaluated.

テスト対象のコンピュータTXは、2.4GHzのMPU及びFSB400MHzのバス(bus)であり、オペレーティングシステムはLinux2.4.20、ネットワークインターフェース・ドライバはtulip-0.9.14である。コンピュータTXは、セシウム電子時計によって駆動されている。   The computer TX to be tested is a 2.4 GHz MPU and FSB 400 MHz bus, the operating system is Linux 2.4.20, and the network interface driver is tulip-0.9.14. The computer TX is driven by a cesium electronic timepiece.

図7(B)に評価結果を示す。この評価結果から、NIC内でのRDTSCによるタイムスタンプ処理の精度は、GPSベースのハードウェアのタイムスタンプ処理よりも、100ナノ秒以上よいことがわかる。なお、高精度が維持される時間は、コンピュータ内の水晶発振回路に依存するので、長期間安定した処理精度を維持するためには、水晶発振回路の交換が必要となる。   FIG. 7B shows the evaluation results. From this evaluation result, it can be seen that the accuracy of time stamp processing by RDTSC in the NIC is 100 nanoseconds or better than the time stamp processing of GPS-based hardware. Since the time during which high accuracy is maintained depends on the crystal oscillation circuit in the computer, it is necessary to replace the crystal oscillation circuit in order to maintain long-term stable processing accuracy.

〔ネットワーク使用率の推定〕
図8は、本発明を適用したネットワークの使用率の推定を説明するための図である。
[Estimation of network usage]
FIG. 8 is a diagram for explaining estimation of a network usage rate to which the present invention is applied.

図8(A)に示すように、ネットワーク上のハブAとハブBとの間のラインの使用率を推定するために、ハブA及びハブBにそれぞれタイムスタンプ装置1−1、1−2を接続し、タイムスタンプ装置1−1からタイムスタンプ装置1−2へGTSパケットをプローブパケットとして送出して、ハブAからハブBへのトラヒックを計測した。   As shown in FIG. 8A, in order to estimate the usage rate of the line between the hub A and the hub B on the network, the time stamp devices 1-1 and 1-2 are respectively connected to the hub A and the hub B. The GTS packet was sent as a probe packet from the time stamp device 1-1 to the time stamp device 1-2, and traffic from the hub A to the hub B was measured.

プローブパケットの伝送遅延から、パケットが転送待ちとなったかどうかを確認できる。例えば、バックグラウンドのトラヒックのパケットサイズを定数Pとし、ラインの通信速度をRとすると、図8(B)の上部に示すように、ハブAからハブBへ伝送されるバックグラウンドのトラヒックでは、パケットがラインを占有する。   From the transmission delay of the probe packet, it can be confirmed whether the packet is waiting to be transferred. For example, assuming that the background traffic packet size is a constant P and the communication speed of the line is R, as shown in the upper part of FIG. 8B, in the background traffic transmitted from the hub A to the hub B, Packet occupies the line.

その場合に、図8(B)の下部に示すように、待ちによる遅延はゼロからP/Rまでの間で一様となり、プローブパケットが待ち状態ではないならば、伝送遅延は最小となるはずである。したがって、最小の容量に含まれるパケットの割合が、ラインの不使用率を示す。   In that case, as shown in the lower part of FIG. 8B, the delay due to waiting is uniform from zero to P / R, and if the probe packet is not in a waiting state, the transmission delay should be minimized. It is. Therefore, the ratio of packets included in the minimum capacity indicates the line non-use rate.

図8(C)に、1Gbpsのラインで、パケットサイズP=1500バイトのバックグラウンドのパケットの占有率が50%である場合におけるプローブパケットの実計測の待ち時間を示す。このヒストグラムは、おおむね、図8(B)の下部に示す理論上のヒストグラムに類似し、一方、推定値50.2%も実際のトラヒックにかなり近いことがわかる。   FIG. 8C shows the waiting time for actual measurement of the probe packet when the occupation ratio of the background packet with the packet size P = 1500 bytes is 50% on the 1 Gbps line. This histogram is generally similar to the theoretical histogram shown at the bottom of FIG. 8 (B), while the estimated value of 50.2% is quite close to the actual traffic.

以上、本発明をその実施の形態により説明したが、本発明はその主旨の範囲において種々の変形が可能であることは当然である。例えば、タイムスタンプ装置1のネットワークインターフェース部10の2つのポートは、XENPAC仕様の光モジュールによる10ギガビットイーサネットのインターフェースのポートであってもよい。また、外部信号入力部21が入力するクロック信号は10MHzに限られない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by the embodiment, it cannot be overemphasized that a various deformation | transformation is possible for this invention in the range of the main point. For example, the two ports of the network interface unit 10 of the time stamp device 1 may be ports of a 10 Gigabit Ethernet interface using an XENPAC specification optical module. The clock signal input by the external signal input unit 21 is not limited to 10 MHz.

本発明のタイムスタンプ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the time stamp apparatus of this invention. パッシングモード指定のGTSパケットのペイロード部のフォーマットを示す図である。It is a figure which shows the format of the payload part of the GTS packet of passing mode specification. タイムコンバージョンモード指定のGTSパケットのペイロード部のフォーマットを示す図である。It is a figure which shows the format of the payload part of the GTS packet of time conversion mode specification. イベントタイムスタンプモード指定のGTSパケットのペイロード部のフォーマットを示す図である。It is a figure which shows the format of the payload part of the GTS packet of event time stamp mode specification. 100MイーサネットのGTSパケットのジッタの計測結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement result of the jitter of the GTS packet of 100M Ethernet. 本発明を適用したネットワーク・デバイスの転送ジッタの計測を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement of the transfer jitter of the network device to which this invention is applied. 本発明を適用したコンピュータにおけるタイムスタンプ処理の評価を説明するための図である。It is a figure for demonstrating evaluation of the time stamp process in the computer to which this invention is applied. 本発明を適用したネットワークの使用率の推定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation of the utilization factor of the network to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 タイムスタンプ装置
10 ネットワークインターフェース部
11−1、11−2 コネクタ
12−1、12−2 物理層処理部
20 時間同期情報生成部
21 外部信号入力部
22 位相同期部
30 タイムカウンタ部
40 パケット処理部
41 タイムスタンプ付与部
42 チェックサム補償部
43 パケットキャプチャ部
44 パケット生成部
50 ホストインターフェース部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Time stamp apparatus 10 Network interface part 11-1, 11-2 Connector 12-1, 12-2 Physical layer processing part 20 Time synchronization information generation part 21 External signal input part 22 Phase synchronization part 30 Time counter part 40 Packet processing part 41 Time stamp assignment unit 42 Checksum compensation unit 43 Packet capture unit 44 Packet generation unit 50 Host interface unit

Claims (7)

ネットワーク上のデータパケットにタイム情報を挿入するタイムスタンプ装置であって、
外部クロック信号から同期信号及び時間信号を生成する時間同期信号生成手段と、
前記時間信号を用いて所定の間隔でタイムカウントするタイムカウント手段と、
ネットワークから受信したデータ信号をビットストリームに変換する第1のネットワークインターフェース手段と、
前記ビットストリームをデータ信号に変換してネットワークへ送出する第2のネットワークインターフェース手段と、
前記同期信号を用いて、前記第1のネットワークインターフェース手段及び前記第2のネットワークインターフェース手段の間を通過する前記ビットストリームをカットスルー方式により処理するパケット処理手段とを備え、
前記パケット処理手段は、前記第1のネットワークインターフェース手段によりビットストリームに変換されたデータパケットから、所定の識別情報を有しかつペイロード部が固定長であるデータパケットを検出する処理と、
前記検出されたデータパケットのペイロード部に前記タイムカウント手段により生成されたタイムカウント情報を格納する処理と、
前記タイムカウント情報が格納されたデータパケットのチェックサムの演算結果が該データパケットに設定されているチェックサム値となるためのチェックサム補償値を演算して、演算したチェックサム補償値を該データパケットのトレイラ部に格納する処理とを行う
ことを特徴とするタイムスタンプ装置。
A time stamp device for inserting time information into a data packet on a network,
Time synchronization signal generating means for generating a synchronization signal and a time signal from an external clock signal;
Time counting means for counting time at predetermined intervals using the time signal;
First network interface means for converting a data signal received from the network into a bit stream;
Second network interface means for converting the bitstream into a data signal and sending it to a network;
Packet processing means for processing the bit stream passing between the first network interface means and the second network interface means by a cut-through method using the synchronization signal;
The packet processing means detects a data packet having predetermined identification information and having a fixed payload part from the data packet converted into a bit stream by the first network interface means;
Processing for storing the time count information generated by the time count means in the payload portion of the detected data packet;
A checksum compensation value is calculated so that a checksum calculation result of the data packet storing the time count information becomes a checksum value set in the data packet, and the calculated checksum compensation value is calculated as the data. A time stamp device characterized by performing processing for storing in a packet trailer section.
前記パケット処理手段は、前記ビットストリームに変換されたパケットデータのペイロード部にタイムカウント情報が格納されている場合に、前記格納されたタイムカウント情報の後続の位置に、前記タイムカウント手段により生成されたタイムカウント情報を格納する
ことを特徴とする請求項1に記載のタイムスタンプ装置。
When the time count information is stored in the payload portion of the packet data converted into the bit stream, the packet processing means is generated by the time count means at a position subsequent to the stored time count information. The time stamp apparatus according to claim 1, wherein the time count information is stored.
前記パケット処理手段は、前記ビットストリームに変換されたデータパケットから所定のモード値を検出し、前記検出したモード値に応じて、少なくとも前記タイムカウント手段により生成されたタイムカウント情報を含む所定の情報を該データパケットのペイロード部に格納する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタイムスタンプ装置。
The packet processing means detects a predetermined mode value from the data packet converted into the bit stream, and at least predetermined information including time count information generated by the time counting means according to the detected mode value Is stored in the payload portion of the data packet. The time stamp device according to claim 1 or 2, wherein:
前記第1のネットワークインターフェース手段により変換されたビットストリームを記憶するデータ記憶手段を備えて、
前記パケット処理手段は、前記第1のネットワークインターフェースにより変換されたビットストリームをキャプチャして前記データ記憶手段に保存するパケットキャプチャ手段を備える
ことを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載のタイムスタンプ装置。
Data storage means for storing the bitstream converted by the first network interface means;
It said packet processing means, any one of claims 1 to 3, characterized in that capturing the bit stream converted by the first network interface comprises a packet capture means for storing in said data storage means The time stamp apparatus as described in the item.
外部クロック信号から同期信号及び時間信号を生成する時間同期信号生成手段と、前記時間信号を用いて所定の間隔でタイムカウントするタイムカウント手段と、ネットワークから受信したデータ信号をビットストリームに変換する第1のネットワークインターフェース手段と、前記ビットストリームをデータ信号に変換してネットワークへ送出する第2のネットワークインターフェース手段と、前記同期信号を用いて、前記第1のネットワークインターフェース手段及び前記第2のネットワークインターフェース手段の間を通過する前記ビットストリームをカットスルー方式により処理する間に、前記ビットストリームに変換されたデータパケットから所定の識別情報を有しかつペイロード部が固定長であるデータパケットを検出して、前記検出されたデータパケットのペイロード部にタイムカウント情報を格納して、前記タイムカウント情報の格納後のデータパケットのチェックサム値に対するチェックサム補償値を演算して前記データパケットのトレイラ部に格納するパケット処理手段とを備えるタイムスタンプ装置により処理されるタイムスタンプ用データパケットを生成するタイムスタンプ用パケット生成装置であって、
固定長データサイズであってタイムカウント情報を格納するペイロード部を備え、所定の識別情報を格納したデータグラム型のデータパケットを生成するパケット生成手段と、
前記データパケットをデータ信号に変換してネットワークへ送出するネットワークインターフェース手段とを備える
ことを特徴とするタイムスタンプ用パケット生成装置。
A time synchronization signal generating means for generating a synchronization signal and a time signal from an external clock signal; a time counting means for counting time at a predetermined interval using the time signal; and a data signal received from the network for converting to a bit stream. Network interface means, second network interface means for converting the bit stream into a data signal and sending it to the network, and using the synchronization signal, the first network interface means and the second network interface. While processing the bit stream passing between the means by a cut-through method, a data packet having predetermined identification information and having a fixed payload portion is detected from the data packet converted into the bit stream. ,in front A packet that stores time count information in the payload portion of the detected data packet, calculates a checksum compensation value for the checksum value of the data packet after storing the time count information, and stores it in the trailer portion of the data packet A time stamp packet generating device for generating a time stamp data packet to be processed by a time stamp device comprising processing means ,
A packet generation means for generating a datagram type data packet having a fixed length data size and having a payload portion for storing time count information, and storing predetermined identification information;
And a network interface means for converting the data packet into a data signal and sending the data packet to a network.
外部クロック信号から同期信号及び時間信号を生成する時間同期信号生成手段と、
前記時間信号を用いて所定の間隔でタイムカウントするタイムカウント手段と、
前記パケット生成手段で生成したデータパケットのペイロード部に前記タイムカウント手段により生成されたタイムカウント情報を格納するタイムスタンプ付与手段とを備える
ことを特徴とする請求項記載のタイムスタンプ用パケット生成装置。
Time synchronization signal generating means for generating a synchronization signal and a time signal from an external clock signal;
Time counting means for counting time at predetermined intervals using the time signal;
6. The time stamp packet generation device according to claim 5 , further comprising: a time stamp assigning unit that stores the time count information generated by the time count unit in a payload portion of the data packet generated by the packet generation unit. .
前記ネットワークインターフェース手段は、任意の間隔で前記データパケットをネットワークへ送出する
ことを特徴とする請求項または請求項に記載のタイムスタンプ用パケット生成装置。
The time stamp packet generation device according to claim 5 or 6 , wherein the network interface means transmits the data packet to a network at an arbitrary interval.
JP2004299806A 2004-10-14 2004-10-14 Time stamp device and time stamp packet generation device Active JP4555989B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004299806A JP4555989B2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Time stamp device and time stamp packet generation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004299806A JP4555989B2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Time stamp device and time stamp packet generation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006115153A JP2006115153A (en) 2006-04-27
JP4555989B2 true JP4555989B2 (en) 2010-10-06

Family

ID=36383298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004299806A Active JP4555989B2 (en) 2004-10-14 2004-10-14 Time stamp device and time stamp packet generation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4555989B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112865901B (en) * 2019-11-28 2023-04-07 郑州芯兰德网络科技有限公司 High-speed data packet acquisition system and method based on FPGA nanosecond timestamp

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07135495A (en) * 1993-11-10 1995-05-23 Oki Electric Ind Co Ltd Dc branching device
JPH07307772A (en) * 1994-05-16 1995-11-21 N T T Data Tsushin Kk Interface tester
JP2001127795A (en) * 1999-10-26 2001-05-11 Yokogawa Electric Corp Network quality evaluation device
JP2001333092A (en) * 2000-05-19 2001-11-30 Nec Corp Packet delay characteristic measurement method and system
JP2002064542A (en) * 2000-08-14 2002-02-28 Nec Corp Labeled packet transfer processing method and its communication apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07135495A (en) * 1993-11-10 1995-05-23 Oki Electric Ind Co Ltd Dc branching device
JPH07307772A (en) * 1994-05-16 1995-11-21 N T T Data Tsushin Kk Interface tester
JP2001127795A (en) * 1999-10-26 2001-05-11 Yokogawa Electric Corp Network quality evaluation device
JP2001333092A (en) * 2000-05-19 2001-11-30 Nec Corp Packet delay characteristic measurement method and system
JP2002064542A (en) * 2000-08-14 2002-02-28 Nec Corp Labeled packet transfer processing method and its communication apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006115153A (en) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10887211B2 (en) Indirect packet classification timestamping system and method
CN112385183B (en) Apparatus, method and microcontroller for performing PHY level hardware timestamp and time synchronization
JP6214008B2 (en) Method and apparatus for communicating time information between time recognition devices
US9667408B2 (en) Communication systems and methods for distributed power system measurement
US8325767B2 (en) Enhancement of IEEE 1588 synchronization using out-of-band communication path
US8107502B2 (en) Method and apparatus for monitoring packet networks
JP2004312734A (en) Passive measurement analyzer and router/switch
US7058020B2 (en) Hardware time stamping and registration of packetized data method and system
JP5127482B2 (en) Timing synchronization method, synchronization apparatus, synchronization system, and synchronization program
US8949448B1 (en) System and method for improving the timestamp precision in a precision time protocol (PTP) device
US11588609B2 (en) Hardware clock with built-in accuracy check
US6470031B1 (en) Method and apparatus for accurate packet time stamping
Kannisto et al. Precision time protocol prototype on wireless LAN
JP4555989B2 (en) Time stamp device and time stamp packet generation device
Ferrari et al. Synchronization of the probes of a distributed instrument for real-time ethernet networks
Buhr et al. A real-time fast Ethernet transceiver achieving sub-ns time synchronization
CN114884605A (en) Method for realizing time synchronization of network nodes based on FPGA
Horvat et al. Analysis of QoS parameters for multimedia streaming in Wireless Sensor Networks
CN115333660A (en) Precision timestamp correction
Kutschera et al. IEEE 1588 clock synchronization over IEEE 802.3/10 GBit ethernet
JP2018125768A (en) Data transmission device and program
Depari et al. Multi-probe measurement instrument for real-time ethernet networks
Imrek et al. Clock distribution and synchronization over 1000BASE-T Ethernet
Stępień et al. Precise time distribution and time synchronized transmission aspects in the industrial ethernet networks
Lu et al. The Research of Network-induced Delay Measurement Methods in Wireless Networked Control Systems based on Zigbee Network

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070903

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20090428

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091002

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091211

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100622

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100628

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4555989

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250