DE112017007691T5

DE112017007691T5 - Kommunikationssystem, Master-Einrichtung und Slave-Einrichtung

Info

Publication number: DE112017007691T5
Application number: DE112017007691.9T
Authority: DE
Inventors: Taichi Sakaue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2020-03-05
Also published as: CN110800246A; KR102103698B1; KR20200003213A; US20210281339A1; JP6351889B1; WO2019003320A1; TWI651945B; JPWO2019003320A1; TW201906343A

Abstract

Eine Grandmaster-Einrichtung (GM) (10) und eine Slave-Einrichtung (S1) (20) sind über ein Universal-Hub (HUB) (30) verbunden, dessen Relaisverzögerung nicht konstant ist. Die Grandmaster-Einrichtung (GM) (10) erwirbt zu einem Zeitpunkt zum Übertragen eines Sync-Rahmens für Zeitsynchronisation die aktuelle Zeit als Übertragungszeit des Sync-Rahmens, erwirbt einen Zählwert eines Slave-Zählers als einen Übertragungszählwert, speichert die Übertragungszeit und den Übertragungszählwert im Sync-Rahmen und überträgt den Sync-Rahmen. Die Slave-Einrichtung (S1) (20) empfängt den Sync-Rahmen, erwirbt die Empfangszeit des Sync-Rahmens und einen Empfangszählwert, der ein Zählwert des Slave-Zählers zur Empfangszeit ist, und korrigiert die Zeit der Slave-Einrichtung (S1) (20) unter Verwendung der Übertragungszeit, des Übertragungszählwerts, der Empfangszeit und des Empfangszählwerts.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, das eine Master-Einrichtung und eine Slave-Einrichtung aufweist.
Hintergrund zum Stand der Technik
In den letzten Jahren hat sich eine Netzwerkeinrichtung mit einem Zeitsynchronisationsprotokoll, wie IEEE1588 oder IEEE802.1AS, durchgesetzt.
In IEEE1588 oder IEEE802.1AS überträgt eine Master-Einrichtung (im Folgenden auch als Grandmaster-Einrichtung bezeichnet), die zu einer Zeitquelle wird, einen Sync-Rahmen, in dem Zeitinformationen gespeichert sind, an eine Slave-Einrichtung. Wenn die Slave-Einrichtung den Sync-Rahmen empfängt, erwirbt die Slave-Einrichtung die Zeitinformationen der Master-Einrichtung vom Sync-Rahmen. Dann korrigiert die Slave-Einrichtung die Zeit der Slave-Einrichtung. Dabei kann sich die Slave-Einrichtung mit der Master-Einrichtung synchronisieren.
Das Protokoll von IEEE1588 wird unter Verwendung von 14 erläutert. (1)-(9) im Folgenden entspricht (1)-(9) in 14.

(1) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) erwirbt einen Zeitstempel t1 der Übertragungszeit (im Folgenden einfach als Übertragungszeit t1 bezeichnet) beim Übertragen des Sync-Rahmens und speichert die Übertragungszeit t1 im Sync-Rahmen. Dann überträgt die Grandmaster-Einrichtung (GM) den Sync-Rahmen, in dem die Übertragungszeit t1 gespeichert ist, an die Slave-Einrichtung (S1). In 14 ist der Sync-Rahmen, in dem die Übertragungszeit t1 gespeichert ist, als Sync (T1) geschrieben.
(2) Wenn die Slave-Einrichtung (S1) den Sync-Rahmen von der Grandmaster-Einrichtung (GM) empfängt, erwirbt die Slave-Einrichtung (S1) einen Zeitstempel t2 der Empfangszeit des Sync-Rahmens (im Folgenden einfach als Empfangszeit t2 bezeichnet) und behält die Empfangszeit t2. Außerdem extrahiert die Slave-Einrichtung (S1) die im Sync-Rahmen gespeicherte Übertragungszeit t1 und behält die Übertragungszeit t1.
(3) Die Slave-Einrichtung (S1) überträgt einen DelayReq-Rahmen, der ein Durchlaufverzögerungsmessungsanforderungsrahmen ist, an die Grandmaster-Einrichtung (GM). Zu diesem Zeitpunkt erwirbt die Slave-Einrichtung (S1) einen Zeitstempel t3 der Übertragungszeit des DelayReq-Rahmens (im Folgenden einfach als Übertragungszeit t3 bezeichnet) und hält die Übertragungszeit t3.
(4) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) empfängt den DelayReq-Rahmen von der Slave-Einrichtung (S1). Die Grandmaster-Einrichtung (GM) erwirbt einen Zeitstempel t4 der Empfangszeit des DelayReq-Rahmens (im Folgenden einfach als Empfangszeit t4 bezeichnet) und behält die Empfangszeit t4.
(5) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) speichert die Empfangszeit t4 im DelayResp-Rahmen, der ein Durchlaufverzögerungsmessungsantwortrahmen ist, und überträgt den DelayResp-Rahmen, in dem die Empfangsgerät t4 gespeichert ist, an die Slave-Einrichtung (S1). In 14 ist der DelayResp-Rahmen, in dem die Empfangszeit t4 gespeichert ist, als DelayResp (t4) geschrieben.
(6) Die Slave-Einrichtung (S1) extrahiert die im DelayResp-Rahmen gespeicherte Empfangszeit t4 und behält die Empfangszeit t4.
(7) Die Slave-Einrichtung (S1) berechnet die Durchlaufverzögerungszeit zwischen der Grandmaster-Einrichtung (GM) und der Slave-Einrichtung (S1) unter Verwendung der behaltenen Übertragungszeit t1, der behaltenen Empfangszeit t2, der behaltenen Übertragungszeit t3 und der behaltenen Empfangszeit t4 in der folgenden Art und Weise. $Durchlaufverzögerungszeit: D = {(t4 - t1) + (t2 - t3)} / 2$
(8) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) erwirbt, zu einem bestimmten Zeitpunkt, einen Zeitstempel t_tx der Übertragungsstartzeit (im Folgenden einfach als Übertragungsstartzeit t_tx bezeichnet), speichert die Übertragungsstartzeit t_tx im Sync-Rahmen und überträgt den Sync-Rahmen an die Slave-Einrichtung (S1). In 14 wird der Sync-Rahmen, in dem die Übertragungsstartzeit t_tx gespeichert ist, als Sync(t_tx) geschrieben.
(9) Beim Empfangen von Sync(t_tx) erwirbt die Slave-Einrichtung (S1) einen Zeitstempel t_rx der Empfangszeit von Sync(t_tx) (im Folgenden einfach als Empfangszeit t_rx bezeichnet) und behält die Empfangszeit t_rx. Darüber hinaus berechnet die Slave-Einrichtung (S1) eine Zeitdifferenz zwischen der Grandmaster-Einrichtung (GM) und der Slave-Einrichtung (S1) in der folgenden Weise, aus der behaltenen Übertragungsstartzeit t_tx, der behaltenen Empfangszeit t_rx und der Durchlaufverzögerungszeit, die unter vorstehend erläuterter (7) berechnet wurden, und korrigiert die Zeit der Slave-Einrichtung (S1) unter Verwendung der berechneten Zeitdifferenz. Die Zeitdifferenz von der Grandmaster-Einrichtung (GM) ist: $Offset = t_tx + D - t_rx$

Diese Zeitsynchronisationsprotokolle werden auf Zeitsynchronisation zwischen Einrichtungen in einem FA-(Fabrikautomatisierung)-System angewendet. Durch die Durchführung der Zeitsynchronisation zwischen den Einrichtungen kann eine Echtzeitkommunikation in einem kurzen Kommunikationszyklus realisiert werden. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von verschiedenen Kommunikationsprotokollen durch Zeiteinteilung eingebunden werden.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP2008-262292A
Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: IEEE Std 1588
Nicht-Patentliteratur 2: IEEE Std 802.1AS

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In IEEE1588 oder IEEE802.1AS wird eine Durchlaufverzögerung in einem festen Intervall gemessen und die Durchlaufverzögerungszeit zwischen Einrichtungen in einem festen Intervall aktualisiert. Daher wird in IEEE1588 oder IEEE802.1AS eine Zeitkorrektur unter Verwendung der Durchlaufverzögerungszeit durchgeführt, die zu einem anderen Zeitpunkt als die Übertragung des Sync-Rahmens gemessen wird. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einen Fall, in dem sich die beim Übertragen des Sync-Rahmens gemessene Durchlaufverzögerungszeit erheblich von der zu dem anderen Zeitpunkt gemessenen Durchlaufverzögerungszeit unterscheidet. In diesem Fall kann die Slave-Einrichtung (S1) Zeitkorrektur nicht genau durchführen und es entsteht eine Synchronisationslücke zwischen der Slave-Einrichtung (S1) und der Grandmaster-Einrichtung (GM).
Eine solche Synchronisationslücke entsteht beispielsweise in einem Fall auf, wo ein mit Zeitsynchronisation nicht übereinstimmendes Switching-Hub (im Folgenden als ein Universal-HUB bezeichnet) in ein Netzwerk eingebunden ist, in dem Zeitsynchronisation unter Verwendung eines Zeitsynchronisationsprotokolls, wie in 15, durchgeführt wird.
Wenn das Universal-Hub (HUB) in das Netzwerk eingebunden ist, wird die Relaisverzögerungszeit nicht konstant gehalten, da die Verarbeitungszeit der Firmware im Universal-Hub (HUB) schwankt und auf die Übertragung gewartet wird. Aus diesem Grund kann die Slave-Einrichtung (S1) die Durchlaufverzögerungszeit nicht genau messen. Als ein Ergebnis kann die mit der Grandmaster-Einrichtung (GM) über das Universal-Hub (HUB) verbundene Slave-Einrichtung (S1) die Zeitdifferenz von der Grandmaster-Einrichtung (GM) nicht genau berechnen.
Gemäß der Technik der Patentliteratur 1 wird in einem Fall, wo die Durchlaufverzögerung schwankt, eine Durchlaufverzögerungsmessung mehrere Male durchgeführt, und es wird davon ausgegangen, dass die Kommunikation mit der kürzesten Kommunikationszeit eine Kommunikation ohne Schwankung in der Durchlaufverzögerung ist. Gemäß der Technik der Patentliteratur 1 wird die Zeitsynchronisation unter Verwendung eines Durchlaufverzögerungsmessungswerts in der Kommunikation durchgeführt, von dem angenommen wird, dass er keine Schwankung in der Durchlaufverzögerung aufweist.
Bei diesem Verfahren, wie in 15, gibt es jedoch aufgrund einer Schwankung in der Relaiszeit am Universal-Hub (HBU) einen Fall, wo sich die Durchlaufverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Grandmaster-Einrichtung (GM) den Sync-Rahmen überträgt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Slave-Einrichtung (S1) den Sync-Rahmen empfängt, erheblich von einem Durchschnittswert der im Voraus berechneten Durchlaufverzögerungszeit unterscheidet. In diesem Fall unterscheidet sich die durch die Slave-Einrichtung (S1) korrigierte Zeit erheblich von der Zeit der Grandmaster-Einrichtung (GM).
Ein Problem eines herkömmlichen Zeitsynchronisationsverfahrens wird nachfolgend unter Verwendung von 16 erläutert. (1)-(6) im Folgenden entspricht (1)-(6) in 16.

(1) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) und die Slave-Einrichtung (S1) tauschen eine Vielzahl von Sync-Rahmen, DelayReq-Rahmen und DelayResp-Rahmen aus und berechnen die Durchlaufverzögerungszeit. (In 16 wird auf eine Darstellung dieser Sequenz verzichtet). Es wird davon ausgegangen, dass die minimale Durchlaufverzögerungszeit als D_min=3 berechnet wird und die Relaisverzögerungszeit des Universal-Hubs (HUB) zu diesem Zeitpunkt RT_min=1 ist.
(2) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) speichert einen Zeitstempel t_sync(=11) im Sync-Rahmen zu einem Zeitpunkt von 11 und überträgt den Sync-Rahmen, in dem t_sync(=11) gespeichert ist, an die Slave-Einrichtung (S1).
(3) Es wird davon ausgegangen, dass die Relaisverzögerungszeit, wenn der Universal-Hub (HUB) den Sync-Rahmen weiterleitet, 3(RT=3) beträgt.
(4) Die Slave-Einrichtung (S1) empfängt den Sync-Rahmen zu einem Zeitpunkt von t_rx=10. Zudem erwirbt die Slave-Einrichtung (S1) einen Zeitstempel _rx(=10).
(5) Die Slave-Einrichtung (S1) berechnet eine Zeitdifferenz von der Grandmaster-Einrichtung (GM) (Offset_GM) unter Verwendung des Zeitstempels t_sync(=11), des Zeitstempels t_rx(=10) und der minimalen Durchlaufverzögerungszeit D_min(=3) in der folgenden Weise: $Offset_GM = t_sync + D_min - t_rx = 11 + 3 - 10 = 4$
(6) Die Slave-Einrichtung (S1) führt eine Zeitkorrektur der Slave-Einrichtung (S1) zum Zeitpunkt 11 in der folgenden Weise durch: $Time_c = Time + Offset_GM = 11 + 4 = 15$

In dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist die tatsächliche Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem die Grandmaster-Einrichtung (GM) den Sync-Rahmen überträgt, in dem t_sync(=11) gespeichert ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Slave-Einrichtung (S1) diesen empfängt, D_true=5. Die Zeit in der Grandmaster-Einrichtung (GM) beträgt 17, wenn die Slave-Einrichtung (S1) Zeitkorrektur durchführt. Daher tritt zwischen der Zeit in der Slave-Einrichtung (S1) und der Zeit in der Grandmaster-Einrichtung (GM) ein Fehler von 2 auf.
Auf diese Weise besteht gemäß dem herkömmlichen Zeitsynchronisationsverfahren das Problem, dass, falls die Relaisverzögerung des Universal-Hubs (HUB), der die Relaiseinrichtung ist, nicht konstant ist, Zeitsynchronisation nicht genau realisiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung dient hauptsächlich zur Lösung des vorgenannten Problems. Genauer gesagt, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Zeitsynchronisation genau zu realisieren, auch wenn die Relaisverzögerung der Relaiseinrichtung nicht konstant ist.
Lösung des Problems
Ein Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Master-Einrichtung und eine Slave-Einrichtung, die über eine Relaiseinrichtung verbunden sind, deren Relaisverzögerung nicht konstant ist,
wobei die Master-Einrichtung aufweist:

einen Master-Zähler, der ein Freilaufzähler ist; und

einen Slave-Zähler, der ein Freilaufzähler ist;
eine Empfangseinheit, um den Zeitsynchronisationsrahmen zu empfangen;
eine Erwerbungseinheit, um die Empfangszeit des Zeitsynchronisationsrahmens und einen Empfangszählwert, der ein Zählwert des Slave-Zählers zur Empfangszeit ist, zu erwerben; und
eine Zeitkorrektureinheit, um die Zeit der Slave-Einrichtung zu korrigieren, unter Verwendung der Übertragungszeit, des Übertragungszählwerts, der Empfangszeit, des Empfangszählwerts, eines Messungsdurchlaufverzögerungswerts und einer Verzögerungszähldifferenz, wobei der Messungsdurchlaufverzögerungswert ein Wert der aus einer vergangenen Messung erworbenen Durchlaufverzögerung ist, wobei die Verzögerungszähldifferenz aus einem Zählwert des Master-Zählers und einem Zählwert des Slave-Zählers erhalten wird, die dem Messungsdurchlaufverzögerungswert entsprechen.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Zeitsynchronisation auch dann genau realisiert werden, wenn eine Relaisverzögerung einer Relaiseinrichtung nicht konstant ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Betriebsübersicht über ein Kommunikationssystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Zeitsynchronisationssequenz gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Hardwarekonfiguration einer Grandmaster-Einrichtung (GM) gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer funktionalen Konfiguration einer Grandmaster-Einrichtung (GM) gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Hardwarekonfiguration einer Slave-Einrichtung (S1) gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer funktionalen Konfiguration einer Slave-Einrichtung (S1) gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Aufwärtszählungs- und-Zeitmessungsablaufs gemäß der ersten Ausführungsform;
8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Übertragungsablaufs eines DelayReq-Rahmens gemäß der ersten Ausführungsform;
9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Empfangsablaufs eines DelayReq-Rahmens und eines Übertragungsablaufs eines DelayResp-Rahmens gemäß der ersten Ausführungsform;
10 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Empfangsablaufs des DelayResp-Rahmens gemäß der ersten Ausführungsform;
11 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Übertragungsablaufs eines Sync-Rahmens gemäß der ersten Ausführungsform;
12 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Empfangsablaufs des Sync-Rahmens gemäß der ersten Ausführungsform;
13 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Zeitkorrekturablaufs gemäß der ersten Ausführungsform;
14 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Zeitsynchronisationssequenz in IEEE1588;
15 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Problems eines herkömmlichen Zeitsynchronisationsverfahrens; und
16 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Problems des herkömmlichen Zeitsynchronisationsverfahrens.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Diagramme erläutert. In Beschreibungen und Diagrammen der folgenden Ausführungsform zeigen Elemente, die mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, dieselben Elemente oder entsprechende Elemente an.
Erste Ausführungsform
Betriebsübersicht
1 zeigt eine Betriebsübersicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer Grandmaster-Einrichtung (GM) 10, einer Slave-Einrichtung (S1) 20 und einem Universal-Hub (HUB) 30.
Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 ist eine Master-Einrichtung. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 ist eine Slave-Einrichtung. Das Universal-Hub (HUB) 30 ist eine Relaiseinrichtung.
Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und die Slave-Einrichtung (S1) 20 sind über das Universal-Hub (HUB) (30) verbunden.
Das Universal-Hub (HUB) 30 ist ein Switching-Hub, das mit Zeitsynchronisation nicht übereinstimmt und mit dem in 15 und 16 dargestellten Universal-Hub identisch ist. Das heißt, eine Relaisverzögerung des Universal-Hubs (HUB) 30 ist nicht konstant. In 1 wird angegeben, dass die Relaisverzögerung des Universal-Hubs (HUB) 30 um +Δ gegenüber einer durchschnittlichen Relaisverzögerung schwankt, die durch IEEE1588 oder IEEE802.1A erworben wurde. Daher muss eine Schwankungsbreite der Relaisverzögerung +Δ zu einer durchschnittlichen Zeitdifferenz (Offset ave) addiert werden, die durch IEEE1588 oder IEEE802.1AS erworben wurde, um einen Offsetwert (Offset(N)) zu erwerben.
In der vorliegenden Ausführungsform halten sowohl die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 als auch die Slave-Einrichtung (S1) 20 jeweils einen Freilaufzähler zur Zeitmessung und eine Uhr zur Zeitmessung basierend auf der durch den Freilaufzähler gemessenen Zeit. Der Freilaufzähler, den die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 enthält, wird im Folgenden als ein Master-Zähler bezeichnet. Der Freilaufzähler, den die Slave-Einrichtung (S1) 20 enthält, wird als ein Slave-Zähler bezeichnet. Die Uhr, die die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 enthält, wird als eine Master-Uhr bezeichnet. Die Uhr, die die Slave-Einrichtung (S1) 20 enthält, wird als eine Slave-Uhr bezeichnet.
Die Slave-Einrichtung (S1) 20 korrigiert einen Wert der Slave-Uhr, nachdem von der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 eine Zeit geliefert wird.
Der Master-Zähler startet ein Aufwärtszählen unmittelbar nach Aktivierung der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10. In ähnlicher Weise startet der Slave-Zähler ein Aufwärtszählen unmittelbar nach Aktivierung der Slave-Einrichtung (S1) 20. Im Master-Zähler und Slave-Zähler wird ein Zählwert durch ein Kommunikationsprotokoll nicht verändert. Wenn die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 zurückgesetzt wird, wird auch der Master-Zähler zurückgesetzt. Wenn die Slave-Einrichtung (S1) 20 zurückgesetzt wird, wird auch der Slave-Zähler zurückgesetzt.
Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 überträgt einen Sync-Rahmen, der ein Zeitsynchronisationsrahmen ist, an die Slave-Einrichtung (S1) 20. Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 erwirbt bei Übertragung des Sync-Rahmens einen Zählwert des Master-Zählers und einen Wert der Master-Uhr, und speichert den erworbenen Zählwert des Master-Zählers und den erworbenen Wert der Master-Uhr im Sync-Rahmen. Dann überträgt die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 den Sync-Rahmen, in dem der Zählwert des Master-Zählers und der Wert der Master-Uhr gespeichert sind, an die Slave-Einrichtung (S1) 20. In 1 wird „t3(n)“ im Sync-Rahmen als der Zählwert des Master-Zählers gespeichert, und „t sync(N)“ im Sync-Rahmen als der Wert der Master-Uhr gespeichert. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 erwirbt beim Empfangen des Sync-Rahmens einen Zählwert des Slave-Zählers und einen Wert der Slave-Uhr. In 1 erwirbt die Slave-Einrichtung (S1) 20 „t4(N)“ als Zählwert des Slave-Zählers und „t rx(N)“ als den Wert der Slave-Uhr.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Sync-Rahmen, der der Zeitsynchronisationsrahmen gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, den Zählwert des Master-Zählers und unterscheidet sich von dem in 16 dargestellten Sync-Rahmen.
Obwohl Darstellung in 1 weggelassen ist, überträgt die Slave-einrichtung (S1) 20 einen DelayReq-Rahmen, der eine Durchlaufverzögerungsmessungsanforderung ist, an die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10, wie in 16 dargestellt. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 behält einen Zählwert des Slave-Zählers und einen Wert der Slave-Uhr zu einem Zeitpunkt des Übertragens des DelayReq-Rahmens. Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 behält einen Zählwert des Master-Zählers und einen Wert der Master-Uhr zu einem Zeitpunkt des Empfangens des DelayReq-Rahmens. Darüber hinaus überträgt die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 einen DelayResp-Rahmen, der eine Durchlaufverzögerungsmessungsantwort ist, an die Slave-Einrichtung (S1) 20. Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 speichert einen Zählwert des Master-Zählers und einen Wert der Master-Uhr zu einem Zeitpunkt des Übertragens des DelayResp-Rahmens im DelayResp-Rahmen. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 behält einen Zählwert des Slave-Zählers und einen Wert der Slave-Uhr zu einem Zeitpunkt des Empfangens des DelayResp-Rahmens. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 behält auch den Zählwert des Master-Zählers und den im DelayResp-Rahmen gespeicherten Wert der Master-Uhr.
Auf diese Weise unterscheiden sich der DelayReq-Rahmen und der DelayResp-Rahmen gemäß der vorliegenden Ausführungsform vom dem in 16 dargestellten DelayReq-Rahmen und DelayResp-Rahmen.
Als nächstes wird eine Zeitsynchronisationssequenz gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, die sich auf 2 bezieht. (1)-(5) im Folgenden entspricht (1)-(5) in 2.
(1) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 führt wiederholt eine Durchlaufverzögerungsmessung mit der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 durch (Verfahren (1)-(6) in 16). Der DelayReq-Rahmen und der DelayResp-Rahmen, die in 2 übertragen und empfangen werden, unterscheiden sich jedoch, wie oben beschrieben, von dem in 16 dargestellten DelayReq-Rahmen und DelayResp-Rahmen.
Die Slave-Einrichtung (S1) 20 misst bei der Durchlaufverzögerungsmessung die Durchlaufverzögerungszeit und eine Differenz zwischen dem Zählwert des Slave-Zählers und dem Zählwert des Master-Zählers. Anschließend erfasst die Slave-Einrichtung (S1) 20 einen Durchschnittswert der Durchlaufverzögerungszeit zwischen der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und der Slave-Einrichtung (S1) 20 (im Folgenden als durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave bezeichnet) aus einer Vielzahl von vergangenen Durchlaufverzögerungsmessungen. Die Slave-Einrichtung (S1) 20 erwirbt auch einen Durchschnittswert der Differenz zwischen dem Zählwert des Master-Zählers und dem Zählwert des Slave-Zählers (im Folgenden als durchschnittliche Zähldifferenz C_ave bezeichnet) aus der Vielzahl der vergangenen Durchlaufverzögerungsmessungen.
Hier wird davon ausgegangen, dass die unten stehende durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave und die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave erworben werden. Die durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave ist ein Wert der Durchlaufverzögerung, der aus früheren Durchlaufverzögerungsmessungen erworben wurde, und entspricht einem Messungsdurchlaufverzögerungswert. Die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave ist eine Differenz zwischen dem Zählwert des Master-Zählers und dem Zählwert des Slave-Zählers gemäß der durchschnittlichen Durchlaufverzögerung D_ave und entspricht einer Verzögerungszähldifferenz.
[Formel 1]
Durchschnittliche Durchlaufverzögerung: D_ave=3 Ausdruck 1 Durchschnittliche Zähldifferenz: $C_ave = \sum_{n = 0}^{N - 1} (t4 (n) \times {RC}_{GM_S1} - t3 (n)) / N = 6$
RC_{GM_S1} ist ein Verhältnis zwischen einer Taktfrequenz und der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und einer Taktfrequenz der Slave-Einrichtung (S1) 20.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Vereinfachung der Berechnung davon ausgegangen, dass eine Taktfrequenzabweichung zwischen der Slave-Einrichtung (S1) 20 und der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 klein genug ist, um ignoriert zu werden, wie RC_GM__S1=1. Da ein Berechnungsverfahren für ein Taktverhältnis mit einem Verfahren in IEEE802.1AS identisch ist, entfällt hier die Beschreibung des Berechnungsverfahrens für das Taktverhältnis. Es wird auch angenommen, dass die Taktfrequenz der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 1 ist.
(2) Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 speichert einen Zeitstempel t_sync(=11) der Master-Uhr und einen Zeitstempel t3=1 des Master-Zählers im Sync-Rahmen und überträgt den Sync-Rahmen an die Slave-Einrichtung (S1) 20. Wie vorstehend beschrieben, ist in IEEE1588 und IEEE802.1AS ein im Sync-Rahmen zu speichernder Zeitstempel nur der Zeitstempel T_sync der Master-Uhr, und der Zeitstempel t3 des Master-Zählers wird nicht im Sync-Rahmen gespeichert. Auf diese Weise unterscheidet sich der Sync-Rahmen gemäß der vorliegenden Ausführungsform vom Sync-Rahmen in IEEE1588 und IEEE802.1AS dadurch, dass der Zeitstempel t3 des Master-Zählers gespeichert wird.
Der im Sync-Rahmen zu speichernde Zeitstempel T_sync der Master-Uhr wird im Folgenden auch als Übertragungszeit T_sync bezeichnet. Der im Sync-Rahmen zu speichernde Zeitstempel t3 der Master-Uhr wird im Folgenden auch als Übertragungszählweit t3 bezeichnet.
(3) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 empfängt den Sync-Rahmen. Außerdem behält die Slave-Einrichtung (S1) 20 einen Zeitstempel T_RX=26 der Slave-Uhr und einen Zeitstempel t4=9 des Slave-Zählers zu einem Zeitpunkt des Empfangs des Sync-Rahmens.
Der Zeitstempel T_RX der Slave-Uhr zum Zeitpunkt des Empfangs des Sync-Rahmens wird im Folgenden auch als Empfangszeit T_RX bezeichnet. Der Zeitstempel t4 des Slave-Zählers zum Zeitpunkt des Empfangs des Sync-Rahmens wird auch als ein Empfangszählwert t4 bezeichnet.
(4) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 berechnet die Durchlaufverzögerung des Sync-Rahmens in der folgenden Weise.

(a) Zunächst subtrahiert die Slave-Einrichtung (S1) 20 eine durchschnittliche Zähldifferenz C_ave(=6) von einer Differenz zwischen dem Übertragungszählwert t3(=1) und dem Empfangszählwert t4(=9) und erhält eine Relaisverzögerungsdifferenz Δ. Die Relaisverzögerungsdifferenz Δ ist eine Differenz zwischen einem Wert der Relaisverzögerung durch den Universal-Hub (HUB) 30 beim Weiterleiten des Sync-Rahmens und einem Wert der Relaisverzögerung, der in einer durchschnittlichen Durchlaufverzögerung D_ave enthalten ist. $Δ = t4 \times {RC}_{GM_S1} - t3 - C_ave = (9 - 1 - 6) = 2$
(b) Als nächstes berechnet die Slave-Einrichtung (S1) 20 eine Durchlaufverzögerung D_true bei der Übertragung des Sync-Rahmens in der folgenden Weise. $D_true = D_ave + Δ * 1 / Taktfrequenz der Grandmaster - Einrichtung = 3 + 2 = 5$

(5) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 berechnet eine Zeitdifferenz zwischen der Master-Uhr und der Slave-Uhr als Offset(N) und korrigiert die Zeit der Slave-Uhr unter Verwendung des Wertes des Offsets(N).

(a) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 berechnet den Offset(N) in der folgenden Weise unter Verwendung der Übertragungszeit T_sync(=11), der Durchlaufverzögerung D_true(=5) und der Empfangszeit T_RX(=26). $\begin{matrix} Offset (N) = T_sync + D_true - T_RX \\ = (11 + 5 - 26) = - 10 \end{matrix}$
(b) Die Slave-Einrichtung (S1) 20 korrigiert die Zeit der Slave-Uhr unter Verwendung des Werts von Offset(N) zur Zeit des Zeitpunkts 27. $27 + Offset (N) = 27 - 10 = 17$

Durch den obigen Prozess wird die Zeit der Master-Uhr in der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 auf die Zeit der Slave-Uhr in der Slave-Einrichtung (S1) 20 synchronisiert.
*** Beschreibung der Konfiguration ***
3 zeigt ein Hardware-Konfigurationsbeispiel der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
4 zeigt ein funktionales Konfigurationsbeispiel der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Computer.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 eine Eingangsschnittstelle 101, einen Prozessor 102, eine Hilfsspeichereinrichtung 103, einen Speicher 104, eine Ausgangsschnittstelle 105, eine Netzwerkschnittstelle 111, eine Netzwerkschnittstelle 112, einen Netzwerk-Port 113 und einen Netzwerk-Port 114 als Hardware.
Wie in 4 dargestellt, umfasst die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 eine Steuerungseinheit 106, eine Zeitverwaltungseinheit 107, eine Zeitmessungseinheit 108, eine Übertragungseinheit 109, eine Datenarbitrierungseinheit 110 und eine Empfangseinheit 115 als funktionale Konfigurationen.
In der Hilfsspeichereinrichtung 103 sind Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 gespeichert.
Diese Programme werden von der Hilfsspeichereinrichtung 103 in den Speicher 104 geladen. Der Prozessor 102 liest diese Programme aus dem Speicher 104 aus und führt diese Programme aus. Dann führt der Prozessor 102 den Betrieb der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 durch, was später beschrieben wird.
3 zeigt schematisch einen Zustand, in dem der Prozessor 102 Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 ausführt.
Die Eingabeschnittstelle 101 wird von einem Nutzer der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 verwendet, um verschiedene Arten von Anweisungen einzugeben.
Im Speicher 104 sind die Übertragungszeit, der Übertragungszählwert und so weiter gespeichert.
Die Ausgangsschnittstelle 105 wird verwendet, um Daten an ein externes Speichermedium der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 auszugeben.
Die Netzwerkschnittstelle 111 steuert Übermittlung eines Rahmens zwischen dem Netzwerk-Port 113 und der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108 oder der Datenarbitrierungseinheit 110.
Die Netzwerkschnittstelle 112 steuert Übermittlung eines Rahmens zwischen dem Netzwerk-Port 114 und der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108 oder der Datenarbitrierungseinheit 110.
Der Netzwerk-Port 113 und der Netzwerk-Port 114 sind physische Verbindungsports mit einem Netzwerk.
In 4 führt die Steuerungseinheit 106 vollständige Steuerung der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 aus.
Insbesondere benachrichtigt die Steuerungseinheit 106 die Zeitverwaltungseinheit 107 und die Zeitmessungseinheit 108 über den Empfang des DelayReq-Rahmens, wenn die Empfangseinheit 115 den DelayReq-Rahmen empfängt.
Außerdem weist die Steuerungseinheit 106 die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den DelayReq-Rahmen zu übertragen.
Die Steuerungseinheit 106 weist die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den DelayResp-Rahmen zu übertragen, wenn der Empfang des DelayReq-Rahmens durch die Empfangseinheit 115 mitgeteilt wird.
Die Steuerungseinheit 106 weist die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den Sync-Rahmen zu übertragen.
Die Steuerungseinheit 106 weist die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den Sync-Rahmen zu übertragen in einem Fall zu übertragen, wo die Anzahl der Male der Durchlaufverzögerungsmessung (Vorgang (1)-(6) in 16) ausgeführt wird, einen Einstellungswert überschreitet. Es ist zu beachten, dass die Steuerungseinheit 106 einen Übertragungszyklus des Sync-Rahmens zählt und die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 anweist, den Sync-Rahmen in einem bestimmten Zyklus zu übertragen.
Die Zeitverwaltungseinheit 107 arbeitet als die Master-Uhr. Insbesondere hält die Zeitverwaltungseinheit 107 Zeitinformationen. Die Zeitverwaltungseinheit 107 aktualisiert die Zeitinformationen, wenn ein Aufwärtszählen eines Master-Zählers 1080 durch die Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilt wird. Die Zeitverwaltungseinheit 107 aktualisiert die Zeit in einer Größenordnung von Nanosekunden jedes Mal, wenn das Aufwärtszählen von der Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilt wird.
Wenn beispielsweise ein Betriebstakt des Master-Zählers 1080 125 MHz beträgt, aktualisiert die Zeitverwaltungseinheit 107 die Zeit bei jedem Aufwärtszählen in einer Einheit von 8 Nanosekunden (1/125MHz=8ns).
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 107 die aktuelle Zeit, wenn Empfang des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 mitgeteilt wird, und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 104.
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 107 die aktuelle Zeit, wenn Übertragung des DelayResp-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 angewiesen wird, und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über die erworbene aktuelle Zeit.
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 107 die aktuelle Zeit, wenn Übertragung des Sync-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 angewiesen wird, und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über die erworbene aktuelle Zeit.
Die Zeitmessungseinheit 108 umfasst den Master-Zähler 1080, der ein Freilaufzähler ist. Der Master-Zähler 1080 startet ein Aufwärtszählen auf Aktivierung der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10. Ein Wert des Grandmaster-Zählers 1080 wird zurückgesetzt, wenn die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gestoppt wird.
Die Zeitmessungseinheit 108 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 107 über das Aufwärtszählen des Master-Zählers 1080 jedes Mal, wenn der Master-Zähler 1080 aufwärts zählt.
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 108 einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080, wenn Empfang des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 mitgeteilt wird, und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 104.
Außerdem erwirbt die Zeitmessungseinheit 108 einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080, wenn Übertragung des DelayResp-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 angewiesen wird, und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über den erworbenen Zählwert.
Außerdem erwirbt die Zeitmessungseinheit 108 einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080, wenn Übertragung des Sync-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 angewiesen wird, und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über den erworbenen Zählwert.
Die Übertragungseinheit 109 erzeugt einen DelayResp-Rahmen, wenn Übertragung des DelayResp-Rahmens von der Steuerungseinheit 106 angewiesen wird. Außerdem speichert die Übertragungseinheit 109 die durch die Zeitverwaltungseinheit 107 mitgeteilte aktuelle Zeit im DelayResp-Rahmen. Außerdem speichert die Übertragungseinheit 109 den durch die Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilten aktuellen Zählwert im DelayResp-Rahmen. Dann überträgt die Übertragungseinheit 109 den DelayResp-Rahmen, in dem die aktuelle Zeit und der aktuelle Zählwert gespeichert sind, an die Slave-Einrichtung (S1) 20. Insbesondere gibt die Übertragungseinheit 109 den DelayResp-Rahmen an die Datenarbitrierungseinheit 110 aus.
Außerdem erzeugt die Übertragungseinheit 109 einen Sync-Rahmen, wenn Übertragung des Sync-Rahmens durch die Steuerungseinheit 106 angewiesen wird. Die Übertragungseinheit 109 speichert die von der Zeitverwaltungseinheit 107 mitgeteilte aktuelle Zeit im Sync-Rahmen. Außerdem speichert die Übertragungseinheit 109 den von der Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilten aktuellen Zählwert im Sync-Rahmen. Dann überträgt die Übertragungseinheit 109 den Sync-Rahmen, in dem die aktuelle Zeit und der aktuelle Zählwert gespeichert sind, an die Slave-Einrichtung (S1) 20. Insbesondere gibt die Übertragungseinheit 109 den Sync-Rahmen an die Datenarbitrierungseinheit 110 aus.
Die im Sync-Rahmen zu speichernde aktuelle Zeit ist die vorstehend erläuterte Übertragungszeit. Der im Sync-Rahmen zu speichernde aktuelle Zählwert ist der vorstehend erläuterte Übertragungszählwert.
Bezüglich eines von der Netzwerkschnittstelle 111 oder der Netzwerkschnittstelle 112 empfangenen Kommunikationsrahmens bestimmt die Datenarbitrierungseinheit 110 einen Nachrichtentyp, bestimmt, ob ober oder nicht der Kommunikationsrahmen normal ist und bestimmt eine Adresse.
Anschließend übermittelt die Datenarbitrierungseinheit 110 den Kommunikationsrahmen an die Empfangseinheit 115, falls der empfangene Kommunikationsrahmen ein Kommunikationsrahmen ist, der an die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 adressiert ist. Falls beispielsweise der empfangene Kommunikationsrahmen der DelayReq-Rahmen ist, übermittelt die Datenarbitrierungseinheit 110 den DelayReq-Rahmen an die Empfangseinheit 115.
Andererseits, falls der empfangene Kommunikationsrahmen ein Kommunikationsrahmen ist, der an eine andere Einrichtung adressiert ist, führt die Datenarbitrierungseinheit 110 einen Relaisprozess durch.
Außerdem gibt die Datenarbitrierungseinheit 110 den DelayResp-Rahmen und den Sync-Rahmen, die von der Übertragungseinheit ausgegeben werden, an die Netzwerkschnittstelle 111 oder die Netzwerkschnittstelle 112 aus.
Die Empfangseinheit 115 empfängt den von der Slave-Einrichtung (S1) 20 übertragenen DelayReq-Rahmen. Das heißt, die Empfangseinheit 115 empfängt den DelayReq-Rahmen, der von der Datenarbitrierungseinheit 110 übermittelt wurde.
Die Empfangseinheit 115 benachrichtigt die Steuerungseinheit 106 über den Empfang des DelayReq-Rahmens, wenn diese den DelayReq-Rahmen empfängt.
Die Netzwerkschnittstelle 111, die Netzwerkschnittstelle 112, der Netzwerk-Port 113 und der Netzwerk-Port 114 in 4 sind die gleichen wie in 3 dargestellt.
5 zeigt ein Hardware-Konfigurationsbeispiel der Slave-Einrichtung (S1) 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
6 zeigt ein funktionales Konfigurationsbeispiel der Slave-Einrichtung (S1) 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Slave-Einrichtung (S1) 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Computer.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die Slave-Einrichtung (S1) 20 eine Eingangsschnittstelle 201, einen Prozessor 202, eine Hilfsspeichereinrichtung 203, einen Speicher 204, eine Ausgangsschnittstelle 205, eine Netzwerkschnittstelle 211, eine Netzwerkschnittstelle 212, einen Netzwerk-Port 213 und einen Netzwerk-Port 214 als Hardware.
Wie in 6 dargestellt, umfasst die Slave-Einrichtung (S1) 20 eine Steuerungseinheit 206, eine Zeitverwaltungseinheit 207, eine Zeitmessungseinheit 208, eine Übertragungseinheit 209, eine Datenarbitrierungseinheit 210 und eine Empfangseinheit 215 als funktionale Konfigurationen.
In der Hilfsspeichereinrichtung 203 sind Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 gespeichert.
Diese Programme werden von der Hilfsspeichereinrichtung 203 in den Speicher 204 geladen. Der Prozessor 202 liest diese Programme aus dem Speicher 204 aus und führt diese Programme aus. Der Prozessor 202 führt den Betrieb der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 durch, was später beschrieben wird.
5 zeigt schematisch einen Zustand, in dem der Prozessor 202 Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 ausführt.
Die Eingabeschnittstelle 201 wird von einem Nutzer der Slave-Einrichtung (S1) 20 verwendet, um verschiedene Arten von Anweisungen einzugeben.
Im Speicher 204 sind die Übertragungszeit, der Übertragungszählwert, die Empfangszeit, der Empfangszählwert, die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave, die durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave und so weiter gespeichert.
Die Ausgangsschnittstelle 205 wird verwendet, um Daten an ein externes Speichermedium der Slave-Einrichtung (S1) 20 auszugeben.
Die Netzwerkschnittstelle 211 steuert Übermittlung eines Rahmens zwischen dem Netzwerk-Port 213 und der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208 oder der Datenarbitrierungseinheit 210.
Die Netzwerkschnittstelle 212 steuert Weiterleitung eines Rahmens zwischen dem Netzwerk-Port 214 und der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208 oder der Datenarbitrierungseinheit 210.
Der Netzwerk-Port 213 und der Netzwerk-Port 214 sind physische Verbindungsports mit einem Netzwerk.
In 6 führt die Steuerungseinheit 206 vollständige Steuerung der Grandmaster-Einrichtung (S1) 20 aus.
Insbesondere weist die Steuerungseinheit 206 die Übertragungseinheit 209 an, den DelayReq-Rahmen zu übertragen. Außerdem benachrichtigt die Steuerungseinheit 206 die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über die Übertragung des DelayReq-Rahmens.
Außerdem benachrichtigt die Steuerungseinheit 206 die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über Empfang des DelayResp-Rahmens, wenn die Empfangseinheit 215 den DelayResp-Rahmen empfängt.
Außerdem benachrichtigt die Steuerungseinheit 206 die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über den Empfang des Sync-Rahmens, wenn die Empfangseinheit 215 den Sync-Rahmen empfängt.
Außerdem weist die Steuerungseinheit 206 die Zeitverwaltungseinheit 207 über Zeitkorrektur an.
Die Zeitverwaltungseinheit 207 arbeitet als die Slave-Uhr. Insbesondere hält die Zeitverwaltungseinheit 207 Zeitinformationen. Die Zeitverwaltungseinheit 207 aktualisiert die Zeitinformationen, wenn eine Aufwärtszählen eines Slave-Zählers 2080 durch die Zeitmessungseinheit 208 mitgeteilt wird. Die Zeitverwaltungseinheit 207 aktualisiert die Zeit in einer Größenordnung von Nanosekunden jedes Mal, wenn das Aufwärtszählen von der Zeitmessungseinheit 208 mitgeteilt wird.
Wenn beispielsweise der Betriebstakt des Slave-Zählers 2080 125 MHz beträgt, aktualisiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit bei jedem Aufwärtszählen in der Einheit von 8 Nanosekunden (1/125MHz=8ns).
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 207 die aktuelle Zeit, wenn Empfang des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204.
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 207 die aktuelle Zeit, wenn Empfang des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204.
Außerdem erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 207 die aktuelle Zeit, wenn Empfang des Sync-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204. Die aktuelle Zeit bei Empfang des Sync-Rahmens ist die vorangehend erläuterte Empfangszeit.
Außerdem korrigiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit der Slave-Uhr, wenn diese durch die Steuerungseinheit 206 angewiesen wird, die Zeit zu korrigieren.
Die Zeitverwaltungseinheit 207 korrigiert die Zeit der Slave-Uhr unter Verwendung der durch die Empfangseinheit 215 erworbenen Übertragungszeit und Übertragungszählwert, des von der Zeitmessungseinheit 208 erworbenen Empfangszählwertes, der Empfangszeit, der durchschnittlichen Durchlaufverzögerung D_ave, die ein Messungsdurchlaufverzögerungswert ist, und der durchschnittlichen Zähldifferenz C_ave, die eine Verzögerungszähldifferenz ist. Insbesondere berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 die Relaisverzögerungsdifferenz Δ basierend auf dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 3 und berechnet die Durchlaufverzögerung D_true basierend auf dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 4. Die Zeitverwaltungseinheit 207 berechnet den Offset(N) auf der Grundlage des vorangehend erläuterten Ausdrucks 5. Schließlich korrigiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit der Slave-Uhr basierend auf dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 6.
Die Zeitverwaltungseinheit 207 entspricht einer Erwerbungseinheit und einer Zeitkorrektureinheit.
Die Zeitmessungseinheit 208 umfasst den Slave-Zähler 2080, der ein Freilaufzähler ist. Der Slave-Zähler 2080 startet ein Aufwärtszählen auf Aktivierung der Slave-Einrichtung (S1) 20. Ein Wert des Slave-Zählers 2080 wird zurückgesetzt, wenn die Slave-Einrichtung (S1) 20 gestoppt wird.
Die Zeitmessungseinheit 208 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 207 über das Aufwärtszählen des Slave-Zählers 2080 jedes Mal, wenn der Slave-Zähler 2080 aufwärts zählt.
Außerdem erwirbt die Zeitmessungseinheit 208 einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers 2080, wenn Übertragung des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204.
Außerdem erwirbt die Zeitmessungseinheit 208 einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers 2080, wenn Empfang des DelayResp-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204.
Die Zeitmessungseinheit 208 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers, wenn Empfang des Sync-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 mitgeteilt wird, und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204. Der Zählwert bei Empfang des Sync-Rahmens ist der Empfangszählwert.
Die Zeitmessungseinheit 208 entspricht einer Erwerbungseinheit zusammen mit der Zeitverwaltungseinheit 207.
Die Übertragungseinheit 209 erzeugt einen DelayReq-Rahmen, wenn Übertragung des DelayReq-Rahmens von der Steuerungseinheit 206 angewiesen wird. Dann überträgt die Übertragungseinheit 209 den DelayReq-Rahmen an die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10. Insbesondere gibt die Übertragungseinheit 209 den DelayReq-Rahmen an die Datenarbitrierungseinheit 210 aus.
Bezüglich eines von der Netzwerkschnittstelle 211 oder der Netzwerkschnittstelle 212 empfangenen Kommunikationsrahmens bestimmt die Datenarbitrierungseinheit 210 einen Nachrichtentyp, bestimmt, ob oder ob nicht der Kommunikationsrahmen normal ist und bestimmt eine Adresse.
Anschließend übermittelt die Datenarbitrierungseinheit 210 den Kommunikationsrahmen an die Empfangseinheit 215, falls der empfangene Kommunikationsrahmen ein Kommunikationsrahmen ist, der an die Slave-Einrichtung (S1) 20 adressiert ist. Zum Beispiel übermittelt die Datenarbitrierungseinheit 110 den DelayResp-Rahmen an die Empfangseinheit 115, falls der empfangene Kommunikationsrahmen der DelayResp-Rahmen ist. Die Datenarbitrierungseinheit 110 übermittelt den Sync-Rahmen an die Empfangseinheit 115, falls der empfangene Kommunikationsrahmen der Sync-Rahmen ist.
Andererseits, falls der empfangene Kommunikationsrahmen ein Kommunikationsrahmen ist, der an eine andere Einrichtung adressiert ist, führt die Datenarbitrierungseinheit 210 einen Relaisprozess durch.
Außerdem gibt die Datenarbitrierungseinheit 210 den aus der Übertragungseinheit 209 ausgegebenen DelayReq-Rahmen an die Netzwerkschnittstelle 211 oder die Netzwerkschnittstelle 212 aus.
Die Empfangseinheit 215 empfängt den DelayResp-Rahmen von der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10. Das heißt, die Empfangseinheit 115 empfängt den DelayResp-Rahmen von der Datenarbitrierungseinheit 210. Die Empfangseinheit 215 erwirbt die/den durch die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gespeicherte Zeit und Zählwert vom empfangenen DelayResp-Rahmen. Die Empfangseinheit 215 speichert die erworbene Zeit und Zählwert im Speicher 204.
Die Empfangseinheit 215 benachrichtigt die Steuerungseinheit 206 über den Empfang des DelayResp-Rahmens, wenn diese den DelayResp-Rahmen empfängt.
Zudem empfängt die Empfangseinheit 215 den durch die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 übertragenen Sync-Rahmen. Das heißt, die Empfangseinheit 115 empfängt den Sync-Rahmen, der von der Datenarbitrierungseinheit 210 übermittelt wurde. Die Empfangseinheit 215 erwirbt die/den durch die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 gespeicherte Zeit (Übertragungszeit) und den Zählwert (Übertragungszählwert) vom empfangenen Sync-Rahmen. Die Empfangseinheit 215 speichert die erworbene Übertragungszeit und den Übertragungszählwert im Speicher 204.
Die Empfangseinheit 215 benachrichtigt die Steuerungseinheit 206 über den Empfang des Sync-Rahmens, wenn diese den Sync-Rahmen empfängt.
Die Netzwerkschnittstelle 211, die Netzwerkschnittstelle 212, der Netzwerk-Port 213 und der Netzwerk-Port 214 in 6 sind die gleichen wie in 5 dargestellt.
*** Beschreibung des Betriebs ***
7 zeigt einen Aufwärtszählungs- und Zeitmessungsablauf.
Der in 7 dargestellte Aufwärtszählungs- und Zeitmessungsablauf werden gemeinsam in der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und der Slave-Einrichtung (S1) 20 durchgeführt.
In der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 wartet die Zeitmessungseinheit 108, bis eine steigende Flanke des Betriebstakts des Master-Zählers 1080 erfasst wird (Schritt S101). Wenn die steigende Flanke erfasst wird (JA in Schritt S102), zählt die Zeitmessungseinheit 108 den Master-Zähler 1080 aufwärts (Schritt S103). Die Zeitmessungseinheit 108 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 107 über das Aufwärtszählen des Master-Zählers 1080 und die Zeitverwaltungseinheit 107 aktualisiert die Zeit (Schritt S103).
Wenn beispielsweise wie vorstehend beschrieben der Betriebstakt des Master-Zählers 1080 125 MHz beträgt, aktualisiert die Zeitverwaltungseinheit 107 die Zeit bei jedem Aufwärtszählen des Master-Zählers 1080 in einer Einheit von 8 Nanosekunden (1/125MHz=8ns).
In der Slave-Einrichtung (S1) 20 wartet die Zeitmessungseinheit 208, bis eine steigende Flanke des Betriebstakts des Slave-Zählers 2080 erfasst wird (Schritt S101).
Wenn die steigende Flanke erfasst wird (JA in Schritt S102), zählt die Zeitmessungseinheit 208 den Master-Zähler 2080 aufwärts (Schritt S103). Die Zeitmessungseinheit 208 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 207 über das Aufwärtszählen des Slave-Zählers 2080 und die Zeitverwaltungseinheit 207 aktualisiert die Zeit (Schritt S103).
Wenn, wie vorstehend erläutert, beispielsweise der Betriebstakt des Slave-Zählers 2080 125 MHz beträgt, aktualisiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit bei jedem Aufwärtszählen des Slave-Zählers 2080 in einer Einheit von 8 Nanosekunden (1/125MHz=8ns).
8 zeigt einen Übertragungsablauf des DelayReq-Rahmens durch die Slave-Einrichtung (S1) 20.
Die Steuerungseinheit 206 wartet auf das Eintreten des Zeitpunkts zum Übertragen des DelayReq-Rahmens (Schritt S201).
Wenn der Zeitpunkt zum Übertragen des DelayReq-Rahmens eintritt (JA in Schritt S202), weist die Steuerungseinheit 206 die Übertragungseinheit 209 an, den DelayReq-Rahmen zu übertragen. Die Übertragungseinheit 209 überträgt den DelayReq-Rahmen an die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 (Schritt S203).
Die Steuerungseinheit 206 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über die Übertragung des DelayReq-Rahmens parallel zu einer Übertragungsanweisung des DelayReq-Rahmens an die Übertragungseinheit 209. Die Zeitverwaltungseinheit 207 erwirbt die aktuelle Zeit als Übertragungszeit des DelayReq-Rahmens basierend auf einer Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204 (Schritt S204). Außerdem erwirbt die Zeitmessungseinheit 208 einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers 2080 als einen Zählwert des Slave-Zählers 2080 bei Übertragung des DelayReq-Rahmens basierend auf der Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204 (S204).
9 zeigt einen Empfangsablauf des DelayReq-Rahmens und einen Übertragungsablauf des DelayResp-Rahmens durch die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10.
Die Empfangseinheit 115 wartet auf den Empfang des DelayReq-Rahmens (Schritt S301) und auf Empfang des DelayReq-Rahmens durch die Empfangseinheit 115 (Ja in Schritt S302) erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 107 die Empfangszeit des DelayReq-Rahmens (Schritt S303). Die Zeitmessungseinheit 108 erwirbt einen Wert des Master-Zählers 1080 bei Empfang des DelayReq-Rahmens (Schritt S303). Insbesondere benachrichtigt die Empfangseinheit 115 die Steuerungseinheit 106 über den Empfang des DelayReq-Rahmens. Die Steuerungseinheit 106 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 107 und die Zeitmessungseinheit 108 über den Empfang des DelayReq-Rahmens. Die Zeitverwaltungseinheit 107 erwirbt die aktuelle Zeit basierend auf einer Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 106 und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 104. Die Zeitmessungseinheit 108 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080 basierend auf der Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 106 und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 104.
Die Übertragungseinheit 109 erzeugt einen DelayResp-Rahmen (Schritt S304). Insbesondere weist die Steuerungseinheit 106 die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den DelayResp-Rahmen zu übertragen. Die Zeitverwaltungseinheit 107 erwirbt die aktuelle Zeit und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über die erworbene aktuelle Zeit. Die Zeitmessungseinheit 108 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080 und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über den erworbenen Zählwert. Die Übertragungseinheit 109 erzeugt einen DelayResp-Rahmen und speichert die von der Zeitverwaltungseinheit 107 mitgeteilte Zeit und den von der Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilten Zählwert im erzeugten DelayResp-Rahmen.
Dann überträgt die Übertragungseinheit 109 den DelayResp-Rahmen, der in Schritt S304 erzeugt wurde, an die Slave-Einrichtung (S1) 20 (Schritt S305).
10 zeigt einen Empfangsablauf des DelayResp-Rahmens durch die Slave-Einrichtung (S1) 20.
Die Empfangseinheit 215 wartet auf den Empfang des DelayResp-Rahmens (Schritt S401) und auf Empfang des DelayResp-Rahmens durch die Empfangseinheit 215 (Ja in Schritt S402) erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 207 die Empfangszeit des DelayResp-Rahmens (Schritt S403). Die Zeitmessungseinheit 208 erwirbt einen Wert des Slave-Zählers 2080 bei Empfang des DelayResp-Rahmens (Schritt S403). Insbesondere benachrichtigt die Empfangseinheit 215 die Steuerungseinheit 206 über den Empfang des DelayResp-Rahmens. Die Steuerungseinheit 206 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über den Empfang des DelayResp-Rahmens. Die Zeitverwaltungseinheit 207 erwirbt die aktuelle Zeit basierend auf einer Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204. Die Zeitmessungseinheit 208 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers 2080 basierend auf der Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204.
Die Empfangseinheit 215 extrahiert die Übertragungszeit des DelayResp-Rahmens und den Wert des Master-Zählers 1080 bei Übertragung des DelayResp-Rahmens, aus dem DelayResp-Rahmen (Schritt S404). Dann speichert die Empfangseinheit 215 die extrahierte Übertragungszeit und den Wert des Master-Zählers 1080 im Speicher 204.
In 10 ist dargestellt, dass Schritt S404 nach Schritt S403 durchgeführt wird, Schritt S403 und Schritt S404 aber gleichzeitig durchgeführt werden können.
11 zeigt einen Übertragungsablauf des Sync-Rahmens durch die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10.
Die Steuerungseinheit 106 wartet auf das Eintreten des Zeitpunkts zum Übertragen des Sync-Rahmens (Schritt S501).
Wenn der Zeitpunkt zum Übertragen des Sync-Rahmens eintritt (JA in Schritt S502), weist die Steuerungseinheit 106 die Zeitverwaltungseinheit 107, die Zeitmessungseinheit 108 und die Übertragungseinheit 109 an, den Sync-Rahmen zu übertragen. Die Zeitverwaltungseinheit 107 erwirbt die aktuelle Zeit und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über die erworbene aktuelle Zeit (Schritt S503). Die Zeitmessungseinheit 108 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Master-Zählers 1080 und benachrichtigt die Übertragungseinheit 109 über den erworbenen Zählwert (Schritt S503).
Die Übertragungseinheit 109 erzeugt einen Sync-Rahmen und speichert die von der Zeitverwaltungseinheit 107 mitgeteilte Zeit und den von der Zeitmessungseinheit 108 mitgeteilten Zählwert im erzeugten Sync-Rahmen (Schritt S504).
Dann überträgt die Übertragungseinheit 109 den Sync-Rahmen an die Slave-Einrichtung (S1) 20 (Schritt S505).
12 zeigt einen Empfangsablauf des Sync-Rahmens durch die Slave-Einrichtung (S1) 20.
Die Empfangseinheit 215 wartet auf das Empfangen des Sync-Rahmens (Schritt S601) und auf Empfang des Sync-Rahmens durch die Empfangseinheit 215 (Ja in Schritt S602) erwirbt die Zeitverwaltungseinheit 207 die Empfangszeit des Sync-Rahmens (Schritt S603). Die Zeitmessungseinheit 208 erwirbt einen Wert des Slave-Zählers 2080 bei Empfang des Sync-Rahmens (Empfangszählwert) (Schritt S603). Insbesondere benachrichtigt die Empfangseinheit 215 die Steuerungseinheit 206 über den Empfang des Sync-Rahmens. Die Steuerungseinheit 206 benachrichtigt die Zeitverwaltungseinheit 207 und die Zeitmessungseinheit 208 über den Empfang des Sync-Rahmens. Die Zeitverwaltungseinheit 207 erwirbt die aktuelle Zeit basierend auf einer Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert die erworbene aktuelle Zeit im Speicher 204. Die Zeitmessungseinheit 208 erwirbt einen aktuellen Zählwert des Slave-Zählers 2080 basierend auf der Benachrichtigung von der Steuerungseinheit 206 und speichert den erworbenen Zählwert im Speicher 204.
Die Empfangseinheit 215 extrahiert die Übertragungszeit des Sync-Rahmens und den Wert des Master-Zählers 1080 bei Übertragung des Sync-Rahmens (Übertragungszählwert), aus dem Sync-Rahmen (Schritt S604). Dann speichert die Empfangseinheit 215 die extrahierte Übertragungszeit und den Wert des Master-Zählers 1080 im Speicher 204.
In 12 ist dargestellt, dass Schritt S604 nach Schritt S603 durchgeführt wird, Schritt S603 und Schritt S604 aber gleichzeitig durchgeführt werden können.
13 zeigt einen Zeitkorrekturablauf der Slave-Einrichtung (S1) 20.
Die Zeitverwaltungseinheit 207 wartet auf eine Anweisung zur Zeitkorrektur von der Steuerungseinheit 206 (Schritt S701).
Wenn Zeitkorrektur durch die Steuerungseinheit 206 angewiesen wird (JA in Schritt S702), bestimmt die Zeitverwaltungseinheit 207, ob oder ob nicht die durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave und die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave im Speicher 204 vorhanden sind (Schritt S703).
Falls die durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave und die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave im Speicher 204 nicht vorhanden sind (NEIN in Schritt S703), geht der Prozess zurück zu Schritt S701.
Falls die durchschnittliche Durchlaufverzögerung D_ave und die durchschnittliche Zähldifferenz C_ave im Speicher 204 vorhanden sind (JA in Schritt S703), berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 eine Relaisverzögerungsdifferenz Δ (Schritt S704). Insbesondere berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 die Relaisverzögerungsdifferenz Δ gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 3.
Als nächstes berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 die Durchlaufverzögerung D_true (Schritt S705). Insbesondere berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 die Durchlaufverzögerung D_true gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 4.
Als nächstes berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 den Offset(N) (Schritt S706). Insbesondere berechnet die Zeitverwaltungseinheit 207 den Offset (N) gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 5.
Schließlich korrigiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit der Slave-Uhr unter Verwendung des Offsets(N) (Schritt S707). Insbesondere korrigiert die Zeitverwaltungseinheit 207 die Zeit gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausdruck 6.
Beschreibung der Wirkungen dieser Ausführungsform
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Zeitdifferenz zwischen der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und der Slave-Einrichtung (S1) 20 zu korrigieren, die durch eine Schwankung der Verzögerungszeit in einer Übertragungsleitung entsteht. Das heißt, selbst wenn ein Switching-Hub, der nicht der Zeitsynchronisation entspricht, in ein Netzwerk eingebunden ist, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine genaue Zeitsynchronisation zwischen der Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 und der Slave-Einrichtung (S1) 20 realisiert werden.
*** Beschreibung der Hardwarekonfiguration ***
Schließlich folgt eine ergänzende Beschreibung der Hardwarekonfiguration.
Jeder von dem in 3 dargestellte Prozessor 102 und dem in 5 dargestellten Prozessor 202 ist ein IC (Integrated Circuit - Integrierter Schaltkreis), der Verarbeitung durchführt.
Jeder von dem Prozessor 102 und dem Prozessor 202 ist eine CPU (Central Processing Unit - Zentrale Verarbeitungseinheit) ein DSP (Digital Signal Processor - Digitalsignalprozessor) oder dergleichen.
Jeder von dem in 3 dargestellte Speicher 104 und dem in 5 dargestellten Speicher 204 ist ein RAM (Random-Access-Memory - Direktzugriffspeicher).
Jede von der in 3 dargestellten Hilfsspeichereinrichtung 103 und der in 5 dargestellten Hilfsspeichereinrichtung 203 ist ein ROM (Read-Only-Memory - Nur-Lese-Speicher) ein Flash-Speicher, eine HDD (Hard Disk Drive - Festplatte) oder dergleichen.
Jede von der in 3 dargestellten Netzwerkschnittstelle 111 und der Netzwerkschnittstelle 112 und der in 5 dargestellten Netzwerkschnittstelle 211 und der Netzwerkschnittstelle 212 umfasst einen Empfänger, um Daten zu empfangen, und einen Übertrager, um Daten zu übertragen.
Jede von der Netzwerkschnittstelle 111, der Netzwerkschnittstelle 112, der Netzwerkschnittstelle 211 und der Netzwerkschnittstelle 212 ist zum Beispiel ein Kommunikationschip oder eine NIC (Network Interface Card - Netzwerkschnittstellenkarte).
Zudem ist in der Hilfsspeichereinrichtung 103 auch ein OS (Operating System = Betriebssystem) gespeichert.
Zumindest ein Teil des OS ist durch den Prozessor 102 ausgeführt.
Während der Ausführung zumindest eines Teils des OS, führt der Prozessor 102 Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 aus.
Mit dem das OS ausführenden Prozessor 102 werden Task-Verwaltung, Speicherverwaltung, Dateiverwaltung, Kommunikationssteuerung und so weiter durchgeführt.
Zudem ist in der Hilfsspeichereinrichtung 203 auch ein OS (Operating System = Betriebssystem) gespeichert.
Zumindest ein Teil des OS ist durch den Prozessor 202 ausgeführt.
Während der Ausführung zumindest eines Teils des OS, führt der Prozessor 202 Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 aus.
Mit dem das OS ausführenden Prozessor 202 werden Task-Verwaltung, Speicherverwaltung, Dateiverwaltung, Kommunikationssteuerung und so weiter durchgeführt. [0064] Zumindest irgendeines von einer Information, Datenelement, Signalwert und variablem Wert, das die Ergebnisse von Prozessen der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 anzeigt, ist in zumindest irgendeiner von der Hilfsspeichereinrichtung 103, dem Speicher 104 und einem Register- und Cache-Speicher im Prozessor 102 gespeichert.
Außerdem können Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 auf einem tragbaren Speichermedium, wie eine Magnetplatte, flexible Platte, optische Platte, Compact-Disk, Blu-ray (eine eingetragene Marke) oder DVD gespeichert sein.
Zumindest irgendeines von einer Information, Datenelement, Signalwert und variablem Wert, das die Ergebnisse von Prozessen der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 anzeigt, ist in zumindest irgendeiner von der Hilfsspeichereinrichtung 203, dem Speicher 204 und einem Register- und Cache-Speicher im Prozessor 202 gespeichert.
Außerdem können Programme zur Realisierung der Funktionen der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 auf einem tragbaren Speichermedium, wie eine Magnetplatte, flexible Platte, optische Platte, Compact-Disk, Blu-ray (eine eingetragene Marke) oder DVD gespeichert sein.
Außerdem können die „Einheiten“ in der Steuerungseinheit 106, der Zeitverwaltungseinheit 107, der Zeitmessungseinheit 108, der Übertragungseinheit 109, der Datenarbitrierungseinheit 110 und der Empfangseinheit 115 auch als „Schaltungen“, „Schritte“, „Vorgänge“ oder „Prozesse“ gelesen werden.
Außerdem kann die Grandmaster-Einrichtung (GM) 10 durch eine elektronische Schaltung, wie einen Logik-IC (Integrated Circuit), GA (Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder FPGA (Field Programmable Gate Array) realisiert sein.
Außerdem können die „Einheiten“ in der Steuerungseinheit 206, der Zeitverwaltungseinheit 207, der Zeitmessungseinheit 208, der Übertragungseinheit 209, der Datenarbitrierungseinheit 210 und der Empfangseinheit 215 auch als „Schaltungen“, „Schritte“, „Vorgänge“ oder „Prozesse“ gelesen werden.
Außerdem kann die Slave-Einrichtung (S1) 20 durch eine elektronische Schaltung, wie eine Logik-IC, GA, ASIC oder FPGA, realisiert sein.
In dieser Spezifikation werden der Prozessor, der Speicher, eine Kombination aus dem Prozessor und dem Speicher und die obigen elektronischen Schaltungen als „Verarbeitungsschaltkreis“ bezeichnet.
Das heißt, der Prozessor, der Speicher, die Kombination aus Prozessor und Speicher und die elektronischen Schaltungen sind konkrete Beispiele für „Verarbeitungsschaltkreise“.
Bezugszeichenliste
10: Grandmaster-Einrichtung (GM), 20: Slave-Einrichtung (S1), 30: Universal-Hub (HUB), 101: Eingangsschnittstelle, 102: Prozessor, 103: Hilfsspeichereinrichtung, 104: Speicher, 105: Ausgangsschnittstelle, 106: Steuerungseinheit, 107: Zeitverwaltungseinheit, 108: Zeitmessungseinheit, 109: Übertragungseinheit, 110: Datenarbitrierungseinheit, 111: Netzwerkschnittstelle, 112: Netzwerkschnittstelle, 113: Netzwerk-Port, 114: Netzwerk-Port, 115: Empfangseinheit, 201: Eingangsschnittstelle, 202: Prozessor, 203: Hilfsspeichereinrichtung, 204: Speicher, 205: Ausgangsschnittstelle, 206: Steuerungseinheit, 207: Zeitverwaltungseinheit, 208: Zeitmessungseinheit, 209: Übertragungseinheit, 210: Datenarbitrierungseinheit, 211: Netzwerkschnittstelle, 212: Netzwerkschnittstelle, 213: Netzwerk-Port, 214: Netzwerk-Port, 215: Empfangseinheit, 1080: Master-Zähler, 2080: Slave-Zähler.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008262292 A [0006]

Claims

Kommunikationssystem, umfassend: eine Master-Einrichtung und eine Slave-Einrichtung, die über eine Relaiseinrichtung verbunden sind, deren Relaisverzögerung nicht konstant ist; wobei die Master-Einrichtung aufweist: einen Master-Zähler, der ein Freilaufzähler ist; und eine Übertragungseinheit, um zu einem Zeitpunkt zum Übertragen eines Zeitsynchronisationsrahmens für Zeitsynchronisation eine aktuelle Zeit als Übertragungszeit des Zeitsynchronisationsrahmens zu erwerben, um einen Zählwert des Master-Zählers als einen Übertragungszählwert zu erwerben, um die Übertragungszeit und den Übertragungszählwert im Zeitsynchronisationsrahmen zu speichern und um den Zeitsynchronisationsrahmen an die Slave-Einrichtung zu übertragen, und wobei die Slave-Einrichtung aufweist: einen Slave-Zähler, der ein Freilaufzähler ist; eine Empfangseinheit, um den Zeitsynchronisationsrahmen zu empfangen; eine Erwerbungseinheit, um die Empfangszeit des Zeitsynchronisationsrahmens und einen Empfangszählwert, der ein Zählwert des Slave-Zählers zur Empfangszeit ist, zu erwerben; und eine Zeitkorrektureinheit, um die Zeit der Slave-Einrichtung zu korrigieren, unter Verwendung der Übertragungszeit, des Übertragungszählwerts, der Empfangszeit, des Empfangszählwerts, eines Messungsdurchlaufverzögerungswerts und einer Verzögerungszähldifferenz, wobei der Messungsdurchlaufverzögerungswert ein Wert der aus einer vergangenen Messung erworbenen Durchlaufverzögerung ist, wobei die Verzögerungszähldifferenz aus einem Zählwert des Master-Zählers und einem Zählwert des Slave-Zählers erhalten wird, die dem Messungsdurchlaufverzögerungswert entsprechen.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Zeitkorrektureinheit, als eine Relaisverzögerungsdifferenz, eine Differenz zwischen einem Wert der Relaisverzögerung durch die Relaiseinrichtung beim Weiterleiten des Zeitsynchronisationsrahmens und einem Wert der Relaisverzögerung, der im Messungsdurchlaufverzögerungswert enthalten ist, berechnet auf der Grundlage des Übertragungszählwerts, des Empfangszählwerts und der Verzögerungszähldifferenz, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung der berechneten Relaisverzögerungsdifferenz.
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die Zeitkorrektureinheit einen Wert der Durchlaufverzögerung bei Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens berechnet, unter Verwendung der Relaisverzögerungsdifferenz und des Messungsdurchlaufverzögerungswerts, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung des berechneten Werts der Durchlaufverzögerung bei der Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Zeitkorrektureinheit, als einen Offsetwert, eine Differenz zwischen der Zeit der Master-Einrichtung und der Zeit der Slave-Einrichtung berechnet, unter Verwendung eines berechneten Werts der Durchlaufverzögerung bei der Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens, der Übertragungszeit und der Empfangszeit, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung des berechneten Offsetwerts.
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die Zeitkorrektureinheit eine Relaisverzögerungsdifferenz berechnet auf der Grundlage des Übertragungszählwerts, des Empfangszählwerts, der Verzögerungszähldifferenz, einer Taktfrequenz der Master-Einrichtung und einer Taktfrequenz der Slave-Einrichtung.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Zeitkorrektureinheit die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung eines Durchschnittswerts von einer Vielzahl von Werten der Relaisverzögerung, die in einer Vielzahl von vergangenen Messungen erworben wurden, als den Messungsdurchlaufverzögerungswert.
Kommunikationssystem nach Anspruch 6, wobei die Zeitkorrektureinheit als den Messungsdurchlaufverzögerungswert den Durchschnittswert der Vielzahl von Werten der Durchlaufweiterleitung verwendet, die durch Übertragen und Empfangen der Rahmen an und von der Master-Einrichtung gemessen wurden.
Master-Einrichtung, die über eine Relaiseinrichtung, deren Relaisverzögerung nicht konstant ist, mit einer Slave-Einrichtung verbunden ist, wobei die Master-Einrichtung umfasst: einen Master-Zähler, der ein Freilaufzähler ist; und eine Übertragungseinheit, um zu einem Zeitpunkt zum Übertragen eines Zeitsynchronisationsrahmens für Zeitsynchronisation die aktuelle Zeit als Übertragungszeit des Zeitsynchronisationsrahmens zu erwerben, um einen Zählwert des Master-Zählers als einen Übertragungszählwert zu erwerben, um die Übertragungszeit und den Übertragungszählwert im Zeitsynchronisationsrahmen zu speichern und um den Zeitsynchronisationsrahmen, in dem die Übertragungszeit und der Übertragungszählwert gespeichert sind, an die Slave-Einrichtung zu übertragen.
Slave-Einrichtung, die über eine Relaiseinrichtung, deren Relaisverzögerung nicht konstant ist, mit einer Master-Einrichtung verbunden ist, wobei die Master-Einrichtung einen Master-Zähler aufweist, der ein Freilaufzähler ist, und zu einem Zeitpunkt zum Übertragen eines Zeitsynchronisationsrahmens für Zeitsynchronisation die aktuelle Zeit als Übertragungszeit des Zeitsynchronisationsrahmens erwirbt, einen Zählwert des Master-Zählers als einen Übertragungszählwert erwirbt, die Übertragungszeit und den Übertragungszählwert im Zeitsynchronisationsrahmen speichert und den Zeitsynchronisationsrahmen, in dem die Übertragungszeit und der Übertragungszählwert gespeichert sind, überträgt, wobei die Slave-Einrichtung umfasst: einen Slave-Zähler, der ein Freilaufzähler ist; eine Empfangseinheit, um den von der Master-Einrichtung übertragenen Zeitsynchronisationsrahmen zu empfangen; eine Erwerbungseinheit, um die Empfangszeit des Zeitsynchronisationsrahmens und einen Empfangszählwert, der ein Zählwert des Slave-Zählers zur Empfangszeit ist, zu erwerben; und eine Zeitkorrektureinheit, um die Zeit der Slave-Einrichtung zu korrigieren, unter Verwendung der Übertragungszeit, des Übertragungszählwerts, der Empfangszeit, des Empfangszählwerts, eines Messungsdurchlaufverzögerungswerts und einer Verzögerungszähldifferenz, wobei der Messungsdurchlaufverzögerungswert ein Wert der aus einer vergangenen Messung erworbenen Durchlaufverzögerung ist, wobei die Verzögerungszähldifferenz aus einem Zählwert des Master-Zählers und einem Zählwert des Slave-Zählers erhalten wird, die dem Messungsdurchlaufverzögerungswert entsprechen.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Zeitkorrektureinheit, als eine Relaisverzögerungsdifferenz, eine Differenz zwischen einem Wert der Relaisverzögerung durch die Relaiseinrichtung beim Weiterleiten des Zeitsynchronisationsrahmens und einem Wert der Relaisverzögerung, der im Messungsdurchlaufverzögerungswert enthalten ist, berechnet auf der Grundlage des Übertragungszählwerts, des Empfangszählwerts und der Verzögerungszähldifferenz, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung der berechneten Relaisverzögerungsdifferenz.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Zeitkorrektureinheit einen Wert der Durchlaufverzögerung bei Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens berechnet, unter Verwendung der Relaisverzögerungsdifferenz und des Messungsdurchlaufverzögerungswerts, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigert, unter Verwendung des berechneten Werts der Durchlaufverzögerung bei Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Zeitkorrektureinheit, als einen Offsetwert, eine Differenz zwischen der Zeit der Master-Einrichtung und der Zeit der Slave-Einrichtung berechnet, unter Verwendung eines berechneten Werts der Durchlaufverzögerung bei Übertragung des Zeitsynchronisationsrahmens, der Übertragungszeit und der Empfangszeit, und die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung des berechneten Offsetwerts.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Zeitkorrektureinheit eine Relaisverzögerungsdifferenz berechnet auf der Grundlage des Übertragungszählwerts, des Empfangszählwerts, der Verzögerungszähldifferenz, einer Taktfrequenz der Master-Einrichtung und einer Taktfrequenz der Slave-Einrichtung.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Zeitkorrektureinheit die Zeit der Slave-Einrichtung korrigiert, unter Verwendung eines Durchschnittswerts von einer Vielzahl von Werten der Relaisverzögerung, die in einer Vielzahl von vergangenen Messungen erworben wurden, als den Messungsdurchlaufverzögerungswert.
Slave-Einrichtung nach Anspruch 14, wobei die Zeitkorrektureinheit als den Messungsdurchlaufverzögerungswert den Durchschnittswert der Vielzahl von Werten der Durchlaufweiterleitung verwendet, die durch Übertragen und Empfangen der Rahmen an und von der Master-Einrichtung gemessen wurden.