JP2001186180A - Ｉｐ端末装置、周波数誤差範囲推定方法、周波数差推定方法及び推定所要時間算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数差を確定せずに制御するため、同期制
御の完了する時間が予想し得なかった。 【解決手段】 他のＩＰ端末装置が一定間隔で送信した
同期タイミングパケットを受信して内部で発生されたク
ロックを送信側のクロックに同期させる同期機能を備え
るＩＰ端末装置において、次の手段を備える。(1) 内部
クロックを発生するクロック生成手段と、(2) クロック
生成手段の生成した内部クロックをカウントするクロッ
クカウンタと、(3) 通信開始後に最初に受信された同期
タイミングパケットの受信時におけるクロックカウンタ
のカウント値とその後に受信された同期タイミングパケ
ットの受信時におけるクロックカウンタのカウント値と
の差分を基に送信側のクロックとクロック生成手段の発
生しているクロックの周波数差を推定し、その推定結果
に応じてクロック生成手段を移相制御する制御手段を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インターネット・
プロトコル・ネットワーク（以下「ＩＰネットワーク」
という。）に接続される端末装置（以下「ＩＰ端末装
置」という。）並びに当該ＩＰ端末装置に適用して好適
な周波数誤差範囲推定方法、周波数差推定方法及び推定
所要時間算出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＩＰネットワークを介した音声デ
ータの実時間伝送サービス、いわゆるインターネット電
話サービスが運用されている。本サービスの接続形態に
は、ＩＰネットワークに接続されたパソコン同士の通
信、ＩＰネットワークを経由する電話機同士の通信な
ど、さまざまな接続形態が考えられる。

【０００３】ところで、かかる通信に使用されるＩＰ端
末装置においては、送信側と受信側との間で、各装置に
搭載される水晶発振子その他の部品の精度に起因して伝
送クロック速度に誤差が生じるおそれがある。しかし、
従来装置では、当該誤差が考慮されていない。このた
め、実際にクロック速度の誤差に起因したデータの余り
や不足が生じると、受信側のＩＰ端末装置が余り分に相
当する音声データを廃棄又は不足分に相当する代替デー
タを挿入する処理を行う。

【０００４】ところが、かかる処理が実行されると、本
来のデータと、廃棄後又は挿入後のデータ（実際に音声
として再生される波形）との間で、内容の同一性が損な
われてしまい、音声品質が低下するおそれがある。ま
た、かかる処理後のデータをモデムにより復調すると、
本来の波形とは全く異なったアナログ波形に復調される
おそれがあり、モデムを介在させる通信が実現不可能と
なる問題がある。

【０００５】そこで、従来装置にあっては、マスタ端末
（クロックの基準となる端末）となる送信側のＩＰ端末
装置から一定周期で同期パケットを送信させて、スレー
ブ端末（マスタのクロックに合わせ込む端末）となる受
信側のＩＰ端末装置で受信させ、その受信の度にクロッ
クが遅れているか進んでいるかを判定させてマスタ端末
のクロックにスレーブ端末のクロックを徐々に合わせ込
む手法の適用が考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法に
は、クロック同期の調整を開始した時点での周波数のず
れの大きさに応じて合わせ込みが完了するまでに要する
時間にばらつきが生じるのを避け得ない欠点がある。す
なわち、クロックの合わせ込みが完了するまでに要する
時間にばらつきのために、調整開始から完了までに要す
る時間を一意に決定できない欠点がある。このため、Ｉ
Ｐ端末装置としての仕様（例えば、装置立ち上げ後どれ
だけの時間が経てば同期が確立しているはずであるの
で、これこれの動作が可能である等。）を明確にできな
いという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（Ａ）かかる課題を解決
するため、第１の発明においては、他のＩＰ端末装置が
一定間隔で送信した同期タイミングパケットを受信して
内部で発生されたクロックを送信側のクロックに同期さ
せる同期機能を備えるＩＰ端末装置において、(1) 内部
クロックを発生するクロック生成手段と、(2) クロック
生成手段の生成した内部クロックをカウントするクロッ
クカウンタと、(3) 通信開始後に最初に受信された同期
タイミングパケットの受信時におけるクロックカウンタ
のカウント値とその後に受信された同期タイミングパケ
ットの受信時におけるクロックカウンタのカウント値と
の差分を基に送信側のクロックとクロック生成手段の発
生しているクロックの周波数差を推定し、その推定結果
に応じてクロック生成手段を移相制御する制御手段とを
備えるようにする。

【０００８】このように、第１の発明においては、クロ
ックの周波数差を推定してクロックの同期制御を行うた
め、相対的な位相関係（周波数が高いか低いか）のみに
基づいて同期制御を行う場合に比して同期制御に要する
時間の推定を可能とできる。

【０００９】（Ｂ）また、第２の発明においては、第１
の発明に係るＩＰ端末装置の制御手段として、同期タイ
ミングパケットが受信されて新たなカウント値の差分が
算出されるたび、現時点までに算出された各時点のカウ
ント値の差分についての出現範囲の上限範囲を与える直
線の傾斜角と下限範囲を与える直線の傾斜角とを算出し
て当該２つの傾斜角の差分が予め定めた誤差範囲内とな
ったか否かを判定し、２つの傾斜角の差分が予め定めた
誤差範囲内となったとき、当該２つの傾斜角の平均値を
推定対象である送信側のクロックとクロック生成手段の
発生しているクロックの周波数差に対応する直線の傾斜
角とみなして当該傾斜角よりクロックの周波数差を推定
するものを用いるようにする。

【００１０】このように、第２の発明においては、カウ
ント値の差分の出現結果を基にその出現範囲の上限と下
限を与える直線を更新してその傾斜角の算出を逐次実行
し、推定対象である周波数差に対応する直線の傾斜角が
存在し得る範囲を狭めることにより、その分、推定精度
を高めることができる。

【００１１】（Ｃ）また、第３の発明においては、一定
間隔ごと送信される同期タイミングパケットの受信タイ
ミングを、受信装置内のクロックにて動作するクロック
カウンタのカウント値として検出し、そのカウント値の
情報を基に同期タイミングパケットの送信側のクロック
と受信装置内のクロックとの周波数差を推定する場合に
おける周波数誤差の範囲を推定する方法において、通信
開始後に最初に受信された同期タイミングパケットの受
信時におけるクロックカウンタのカウント値とその後に
受信された同期タイミングパケットの受信時におけるク
ロックカウンタのカウント値との差分が算出されるた
び、現時点までに算出された各時点のカウント値の差分
についての出現範囲の上限範囲を与える直線の傾斜角と
下限範囲を与える直線の傾斜角とを算出して当該２つの
傾斜角の差分の半分を推定対象である周波数差に含まれ
ている周波数誤差の範囲と推定するようにする。

【００１２】（Ｄ）また、第４の発明においては、一定
間隔ごと送信される同期タイミングパケットの受信タイ
ミングを、受信装置内のクロックにて動作するクロック
カウンタのカウント値として検出し、そのカウント値の
情報を基に同期タイミングパケットの送信側のクロック
と受信装置内のクロックとの周波数差を推定する周波数
差推定方法において、通信開始後に最初に受信された同
期タイミングパケットの受信時におけるクロックカウン
タのカウント値とその後に受信された同期タイミングパ
ケットの受信時におけるクロックカウンタのカウント値
との差分が算出されるたび、現時点までに算出された各
時点のカウント値の差分についての出現範囲の上限範囲
を与える直線の傾斜角と下限範囲を与える直線の傾斜角
とを算出し、その２つの傾斜角の平均値を推定対象であ
る送信側のクロックとクロック生成手段の発生している
クロックの周波数差に対応する直線の傾斜角とみなして
当該傾斜角よりクロックの周波数差を推定するようにす
る。

【００１３】（Ｅ）また、第５の発明においては、同期
タイミングパケットの送信側のクロックと受信装置内の
クロックとの周波数差の推定に必要な所要時間の算出方
法において、受信装置内のクロックを基準に設定された
同期タイミングパケットの受信予定間隔をＴ１、クロッ
クの周波数差が推定されるまでに必要な受信予定間隔の
個数をｎ、クロックの周波数差の目標誤差をＷ、ネット
ワーク上に現れるゆらぎの上限をＹとするとき、同期タ
イミングパケットの送信側のクロックと受信装置内のク
ロックとの周波数さの推定に必要な所要時間Ｔ１×ｎ
を、Ｔ１×ｎ＝２Ｙ／Ｗに基づいて算出するようにす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施形態 （Ａ−１）構成の説明

【００１５】

【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施形態 （Ａ−１）システムの形態 図１に、第１の実施形態に係るネットワークシステムの
基本形態を示す。図１は、ＩＰネットワーク１を介して
２台のＩＰ端末装置２及び３が接続された状態を表して
いる。なおここでは説明を簡単にするために２台のＩＰ
端末装置のみをＩＰネットワークに接続しているが、勿
論、３台以上のＩＰ端末装置が接続される場合にも適用
し得る。

【００１６】図１は、伝送クロックの同期機能に関し、
マスタとして機能する同期マスタモジュール４をＩＰ端
末装置２に搭載し、スレーブとして機能する同期スレー
ブモジュール５をＩＰ端末装置３に搭載した状態を表し
ている。ここでは、マスタとして動作するＩＰ端末装置
とスレーブとして動作するＩＰ端末装置の関係を固定す
る。

【００１７】勿論、ＩＰ端末装置２及び３の双方に、同
期マスタモジュール４及び同期スレーブモジュール５の
両方を搭載することも可能であるが、ここでは図１に示
す構成について説明する。

【００１８】なお、同期マスタモジュール４及び同期ス
レーブモジュール５の両方を各ＩＰ端末装置に搭載する
場合にいずれがマスタとして動作し、いずれがスレーブ
として動作するかは取り決めによる。例えば、発呼側が
マスタ、着呼側がスレーブとして動作しても良く、発呼
側がスレーブ、着呼側がマスタとして動作しても良い。
その他の取り決めも考えられる。

【００１９】（Ａ−２）各部の構成 続いて、各モジュールの内部構成を説明する。

【００２０】図２に、同期マスタモジュール４の機能ブ
ロック構成を示す。同期マスタモジュール４は、クロッ
ク生成器４Ａ、割り込み発生器４Ｂ、コントローラ４Ｃ
及びＩＰユニット４Ｄから構成されている。

【００２１】クロック生成器４Ａは、水晶発振子などか
ら構成される基準クロック生成手段である。割り込み発
生器４Ｂは、クロック生成器４Ａの発生した基準クロッ
クをカウントし、一定個数に付き一回の割合で割り込み
信号を発生する。この割り込み信号は、送信先となるＩ
Ｐ端末装置３の動作状態に関係無く、一定間隔Ｔ１ごと
常に生成される。

【００２２】コントローラ４Ｃは、割り込み信号を受け
るたび、同期制御用データを出力する。ＩＰユニット４
Ｄは、ＩＰネットワークを終端する手段であり、一定間
隔Ｔ１ごとに入力される同期制御用データをパケット化
し、同期タイミングパケットとして出力する。なお、当
該ＩＰユニット４Ｄは、他のデータパケットの送受にも
用いられる。

【００２３】図３は、同期スレーブモジュール５の機能
ブロック構成を示す。同期スレーブモジュール５は、Ｉ
Ｐユニット５Ａ、コントローラ５Ｂ、クロックカウンタ
５Ｃ、伝送クロック生成器５Ｄから構成されている。

【００２４】ＩＰユニット５Ａは、マスタ側のＩＰユニ
ット４Ｄと同じくＩＰネットワークを終端する手段であ
る。ＩＰユニット５Ａは、同期タイミングパケットが受
信されると、これを同期制御用データとしてコントロー
ラ５Ｂに出力する。

【００２５】コントローラ５Ｂは、同期制御用データが
受信されるたびクロックカウンタ５Ｃのカウント値Ｘｎ
を読み出して保存し、それらの値からマスタ側のクロッ
ク周波数と自身（スレーブ側）のクロック周波数との差
を推定する手段である。また、コントローラ５Ｂは、周
波数差の推定に許容する目的誤差Ｗの値を基に、当該推
定に要する最長時間を求める手段としても機能する。さ
らに、コントローラ５Ｂは、前述の推定に要する最長時
間の経過後、推定されたクロック周波数の差を打ち消す
ように伝送クロック生成器５Ｄの制御を行う。なお、当
該コントローラ５Ｂによる制御動作の詳細は後述する。

【００２６】クロックカウンタ５Ｃは、伝送クロック生
成器５Ｄが発生する基準クロックに基づいてカウントア
ップ動作を行う巡回型のカウンタである。ここで、クロ
ックカウンタ５Ｃのカウント値の最大値（例えば、３９
９９９）は、０からその値をカウントアップするのに要
する時間（一定間隔Ｔ２）が、同期タイミングパケット
の送出間隔（一定間隔Ｔ１）と同じになるように設定さ
れている。

【００２７】従って、同期マスタモジュール４のクロッ
ク生成器４Ａの動作クロックの精度と、同期スレーブモ
ジュール５内の伝送クロック生成器５Ｄの動作クロック
の精度に全く誤差がない場合には、クロックカウンタ５
Ｃが０から最大値（例えば、３９９９９）までカウント
アップするのに要する一定間隔Ｔ２は一定間隔Ｔ１と一
致し、前述のコントローラ５Ｂが読み出すカウント値は
常に同じ値になる。

【００２８】伝送クロック生成器５Ｄは、マスタ側の伝
送クロック生成器４Ａと同様、水晶発振子などから構成
される基準クロック生成手段である。そのクロック速度
の設計値は、マスタ側の伝送クロック生成器４Ａと同じ
になっている。なお、伝送クロック生成器５Ｄは、コン
トローラ５Ｂからの制御に従って、発生するクロック速
度を変更し得るよう構成されている。

【００２９】（Ａ−３）同期処理動作 続いて、以上の構成を有する同期モジュール４及び５を
搭載するＩＰ端末装置２及び３間において行われる、伝
送クロックの同期処理動作の内容を具体的に説明を行
う。

【００３０】まず、伝送クロックの同期機能に関しマス
タ側となるＩＰ端末装置２は、スレーブ側となるＩＰ端
末装置３の動作状態とは無関係に一定間隔Ｔ１ごと同期
タイミングパケットを送出する。もっとも、この同期タ
イミングパケットは常に送出されている必要はなく（送
出されていても良いが）、スレーブ側と通信が行われて
いる間のみ送出されていれば本願発明の目的を達成する
ことができる。

【００３１】なお言うまでもなく、ここでの一定間隔Ｔ
１は、ＩＰ端末装置２に搭載された同期マスタモジュー
ル４のクロック生成器４Ａが出力するクロック速度に応
じて定まる。

【００３２】一方、伝送クロックの同期機能に関しスレ
ーブ側となるＩＰ端末装置３は、同期スレーブモジュー
ル５のコントローラ５Ｂにおいて同期タイミングパケッ
トの到着を監視しており、同期タイミングパケットの到
着を確認するたび、その時点でのクロックカウンタ５Ｃ
のカウント値Ｘｎの読み出しを行う。

【００３３】以後、通信を開始したＩＰ端末装置３が最
初に読み込んだカウント値をＸ０とし、２番目以降に読
み込んだカウント値をＸｎ（ｎ＝１、２…）とする。図
４は、この対応関係を表している。なお、図４では時間
軸を横軸にとり、全くゆらぎがない場合（一定の遅延は
合っても良い）における同期タイミングパケットの伝送
を実線で、ゆらぎがある場合における同期タイミングパ
ケットの伝送を破線で表している。

【００３４】なお、カウント値Ｘ０については、当該の
通信が終了されるか同期スレーブモジュール５の動作が
停止するまでの間、コントローラ５Ｂ内のレジスタ等の
記憶手段に保持され、途中で変更されることはない。

【００３５】コントローラ５Ｂの動作の説明に戻る。コ
ントローラ５Ｂは、前述の通り、同期タイミングパケッ
トの到着を確認するとクロックカウンタ５Ｃにその都度
アクセスし、その時点におけるカウント値の読み出しを
行う。

【００３６】ここで、クロックカウンタ５Ｃは、図５
（Ａ）に示すように、自装置内にある伝送クロック生成
器５Ｄから供給される伝送クロックに基づいて０から所
定値（例えば、３９９９９）までカウントアップする動
作を行っており、当該巡回的なカウントアップ動作によ
り一定間隔Ｔ２の同期タイミングを得ている。

【００３７】従って、マスタ側とスレーブ側のクロック
周波数が等しく（一定間隔Ｔ１とＴ２が等しく）、しか
も、ＩＰネットワーク１上にゆらぎが全くない場合（一
定の遅延は合っても良い）には、図５（Ｂ）に示すよう
に、読み出されるカウント値は常に同じ値になる。

【００３８】しかし、ＩＰネットワーク１上にゆらぎが
全く無くても（一定の遅延は合っても良い）、マスタ側
とスレーブ側のクロック周波数に違いがあると（一定間
隔Ｔ１とＴ２が相違すると）、図５（Ｃ）に示すよう
に、読み出されるカウント値に周波数差に比例したずれ
が現れることになる。

【００３９】その一方で、かかる規則的なカウント値の
ずれが認められる場合には、その規則性を確認すること
により、容易にクロック周波数のずれを特定することが
できる。

【００４０】ところが実際には、ＩＰネットワーク１上
における伝送にはゆらぎがあり、図５（Ｄ）に示すよう
に、その影響によって読み出されるカウント値はクロッ
ク周波数のずれに応じて定まる本来の規則性（図中複数
の巡回周期にわたって斜めに描いた直線）とは全く無関
係なものとなる。このため、読み出されるカウント値の
差分を単に監視するだけで、クロック周波数のずれに応
じた本来の規則性を求めることは容易ではない。

【００４１】そこで、コントローラ５Ｂは、以下の手法
によって一見無秩序に見えるカウント値の系列の中から
クロック周波数のずれを推定する。この推定に際し、コ
ントローラ５Ｂは、ＩＰネットワーク１上におけるゆら
ぎの上限値をＹ（単位はＸ０、Ｘｎと同じ。）とする。
ここで、ゆらぎが無い場合にＸｎ−Ｘ０（ｎ＝１、２、
…）が採る値をとＺ（ｎ）すると、揺らぎがある場合に
おけるＸｎ−Ｘ０の値は、Ｚ（ｎ）−Ｙ≦Ｘｎ−Ｘ０≦
Ｚ（ｎ）＋Ｙのいずれかの値となる。

【００４２】このゆらぎがある場合のＸｎ−Ｘ０をΔＸ
ｎとすると、時間とΔＸとの関係は図６のようになる。
ここで、図中の黒丸は、各読み出しタイミングでのカウ
ント値Ｘｎの初期値Ｘ０に対する相対値ΔＸｎを表して
いる。また、初期カウント値Ｘ０を始点とする直線ＬＡ
はゆらぎが無い場合にカウント値が本来とるべき値の系
列を結んだものである。また、初期カウント値Ｙを始点
とする直線ＬＢはゆらぎがある場合にカウント値がとり
得る最大許容値の系列を結んだものである。また、初期
カウント値−Ｙを始点とする直線ＬＣはゆらぎがある場
合にカウント値がとり得る最小許容値の系列を結んだも
のである。

【００４３】なお、通信中に生じ得るゆらぎの範囲はＹ
であるので、各通信においてカウント値の現れる範囲は
直線ＬＢとＬＣで挟まれる全範囲ではなく、図中斜線で
表される直線ＬＤ及びＬＥで挟まれる範囲に限られるこ
とになる。

【００４４】このため、図７に示すように、最大許容値
の初期値を与える（０，Ｙ）と各差分値ΔＸ（ｎ）とを
結ぶ線分ＬＦの傾きは常に直線ＬＢの傾き（すなわち、
直線ＬＡの傾き）よりも小さくなる関係が認められ、ま
た、最小許容値の初期値を与える（０，−Ｙ）と各差分
値ΔＸ（ｎ）とを結ぶ線分ＬＧの傾きは直線ＬＣの傾き
（すなわち、直線ＬＡの傾き）よりも大きくなる関係が
認められる。

【００４５】そこで、本実施形態におけるコントローラ
５Ｂは、新たな差分値ΔＸ（ｎ）が算出されるたび、最
大許容値の初期値を与える（０，Ｙ）と各差分値ΔＸ
（ｎ）とを結ぶ線分ＬＦのうちでその傾きがより大きく
なるものの選択を行うと共に、最小許容値の初期値を与
える（０，−Ｙ）と各差分値ΔＸ（ｎ）とを結ぶ線分Ｌ
Ｇのうちでその傾きがより小さくなるものの選択を行
い、真に求めたい直線ＬＡの傾きが存在し得る範囲を狭
める処理を実施する。

【００４６】すなわち、コントローラ５Ｂは、図８→図
９→図１０→図１１→図１２→図７に示すように、２種
類の線分ＬＦとＬＧの傾きの差を狭めて真に求めたい直
線ＬＡの傾きが存在し得る範囲を狭める処理を実施す
る。

【００４７】やがて、線分ＬＦの傾きとＬＧの傾きの差
分が縮小して当該差分が予め定めた誤差の範囲内になる
と、コントローラ５Ｂは、両線分の傾きの平均をクロッ
ク周波数の差分に相当する傾きであると推定を行う。当
然に、この推定値の精度は、予め定める誤差範囲を狭め
ることで高めることができる。

【００４８】実際には以上の処理は、以下に示す計算動
作により実施される。すなわち、コントローラ５Ｂは、
同期タイミングパケットの受信が通知されるたび、次の
（１）式及び（２）式で与えられる２種類の傾きＫ１及
びＫ２をそれぞれ計算し、その都度、前者については過
去の計算によって得られた傾きより小さいものを、後者
については過去の計算によって得られた傾きよりも大き
いものの選択を行う。

【００４９】 Ｋ１＝｛（Ｘｎ−Ｘ０）＋Ｙ｝／Ｔ１ …（１） Ｋ２＝｛（Ｘｎ−Ｘ０）−Ｙ｝／Ｔ１ …（２） ここで、ｎは、１、２…の整数値である。また、（１）
式で表される傾きＫ１は図７〜図１２の線分ＬＧの傾き
に、（２）式で表される傾きＫ２は図７〜図１２の線分
ＬＦの傾きにそれぞれ相当する。

【００５０】例えば、それまで保持されていた傾きＫ１
の値が５０で、新たに計算された傾きＫ１の値が４０で
ある場合、コントローラ５Ｂは、傾きＫ１の値として新
たに計算された４０という値を選択する。一方、それま
で保持されていた傾きＫ２の値が２０で、新たに計算さ
れた傾きＫ２の値が１０である場合、コントローラ５Ｂ
は、傾きＫ２の値として値２０をそのまま保持する。

【００５１】かかる一連の計算処理を繰り返すことで傾
きＫ１とＫ２の差分は徐々に小さくなり（図８→図９→
図１０→図１１→図１２→図７のように）、時間的な制
約を設けなければやがて２つの傾きはほぼ一致する状態
になる。

【００５２】しかしながら、現実には限られた時間内に
クロック周波数の差分を求め、その差分値に基づいてマ
スタ側の伝送クロックとスレーブ側の伝送クロックとの
間に存在する差分を解消する必要がある。そこで、コン
トローラ５Ｂは、傾きＫ１及びＫ２の値が更新されるた
びに現在の誤差範囲を次式により求め、その値が予め定
めた範囲以下になっているか判定する。

【００５３】 誤差範囲＝±（Ｋ１−Ｋ２）／２ …（３） （３）式で求めた値が予め定めた範囲内にない場合、コ
ントローラ５Ｂは、新たな傾きＫ１、Ｋ２の算出と更新
とを継続し、傾きＫ１、Ｋ２が更新されるたび同様の判
定処理を実行する。一方、（３）式で求めた値が予め定
めた範囲内にある場合、コントローラ５Ｂは、次式で与
えられる傾きＫ１とＫ２の平均値を求めようとするクロ
ック周波数の差分に相当する傾きであると推定し、当該
推定値に応じた（すなわち、当該推定値に応じた周波数
誤差を打ち消すような）制御信号を伝送クロック生成器
５Ｄに出力する。

【００５４】 推定値＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２ …（４） かくして、伝送クロック生成器５Ｄで生成されるクロッ
ク周波数は、確実にマスタ側のクロック周波数に制御さ
れる。

【００５５】ところで以上の説明は、クロック周波数誤
差の推定開始から推定終了までの間に、同期タイミング
パケットの受信のたびクロックカウンタ５Ｃから読み出
されるカウント値にいずれも桁上がり（オーバーフロ
ー）がない場合に支障無く成り立つものの、傾きＫ１及
びＫ２を算出するのに用いる、すなわち（１）式及び
（２）式におけるＸｎ又はＸ０のいずれか一方に桁上が
りがある場合には、（Ｘｎ−Ｘ０）の値が本来の差分を
表さないため、正確なクロック周波数誤差を求めること
ができなくなる。例えば、クロックカウンタ５Ｃが０〜
３９９９９の場合、３９９９９の次は０からカウントア
ップが継続されるため、傾きの正負や差分が全く異なっ
た値になってしまう。

【００５６】そこで、本実施形態におけるコントローラ
５Ｂは、図１３に示す判定処理に従ってカウント値の桁
上がりを補正し、常に正確な傾きＫ１及びＫ２を計算で
きるようにする。なお言うまでも無く、判定の順序は図
１３の場合に限るものでない。

【００５７】まず、コントローラ５Ｂは、同期タイミン
グパケットの受信の確認の後、新たなカウント値Ｘｎが
読み出されると、Ｘｎ−Ｘ０が”２００００”より大き
いか否かを判定する（ステップＳＰ１）。

【００５８】このステップＳＰ１で、肯定結果が得られ
た場合（負数がないために桁上がりの結果、Ｘｎが非常
に大きな値になって読み出された場合）、コントローラ
５Ｂは、カウント値Ｘｎを本来の負数に戻すべく”４０
０００”を減算して補正値を得、その値からカウント値
の初期値Ｘ０を減算することで、真の差分値を得る（ス
テップＳＰ２）。例えば、Ｘｎが”３９９９８”でＸ０
が”５”の場合、Ｘｎ−Ｘ０の補正値は、次式のように
なる。

【００５９】 （３９９９８−４００００）−５＝−２−５＝−７ …（５） これに対して、ステップＳＰ１で否定結果が得られた場
合、コントローラ５Ｂは、さらにＸｎ−Ｘ０が”−２０
０００”より小さいか否かを判定する（ステップＳＰ
３）。

【００６０】ステップＳＰ３で肯定結果が得られた場合
（カウント値の最大値を超えたために、Ｘｎが非常に小
さい値になって読み出された場合）、コントローラ５Ｂ
は、カウント値の初期値Ｘ０をカウント値Ｘｎに対する
相対的な真値に戻すべく”４００００”を減算して補正
値を得、その値からカウント値のＸｎから減算すること
で、真の差分値を得る（ステップＳＰ４）。例えば、Ｘ
ｎが”３”でＸ０が”３９９９０”の場合、Ｘｎ−Ｘ０
の補正値は、次式のようになる。

【００６１】 ３−（３９９９０−４００００）＝３−（−１０）＝１３ …（６） そして、コントローラ５Ｂは、ステップＳＰ３でも否定
結果が得られた場合、前述の説明の通り、何らの補正を
行わない条件下でカウント値の差分（Ｘｎ−Ｘ０）を計
算する（ステップＳＰ５）。

【００６２】このように、本実施形態におけるコントロ
ーラ５Ｂは、カウント値の桁上がりにも的確に対処し得
るように構成されている。

【００６３】以上のように、本実施形態におけるコント
ローラ５Ｂは、上述の手法によって所定の精度でクロッ
ク周波数の差を特定し、その情報に基づいてクロック周
波数を制御可能であるが、クロック周波数の差を特定す
るのにどの程度の時間を必要とするかが分からなければ
依然として装置としての仕様を決定できない。

【００６４】そこで、本実施形態においては、上述の手
法によるクロック周波数の差の特定方法によると、誤差
範囲が予め定めた範囲内に収束するのに要する時間の最
長値が、各同期タイミングパケットに全くゆらぎが無い
場合（図６で全ての点が直線ＬＡの上にある場合）に当
ることに着目して当該時間の算出を実行する。

【００６５】すなわち、予め定める誤差範囲の目標値を
Ｗとするとき、傾きＫ１及びＫ２から算出される誤差範
囲（Ｋ１−Ｋ２）／２が目標値Ｗと一致するまでの時間
Ｔ１×ｎを次式のように決定する。

【００６６】 ｔ１×ｎ＝２Ｙ／Ｗ …（７） （Ａ−４）第１の実施形態の効果 以上のように、上述のＩＰ端末装置３（特に、同期スレ
ーブモジュール５としてコントローラ５Ｂを有するも
の）を用いることにより、（Ｋ１＋Ｋ２）／２±（Ｋ１
−Ｋ２）／２で与えられる傾きに相当する周波数の精度
で、マスタ側のクロックとスレーブ側のクロックとの周
波数のずれを最悪Ｔ１×ｎ時間後には確定することがで
きる。

【００６７】かくして、Ｔ１×ｎ時間後には誤差範囲を
明確にしたクロック周波数の設定が可能となり、動作保
証の範囲を明確にしたネットワークシステム及びＩＰ端
末装置の設計が可能となる。

【００６８】（Ｂ）第２の実施形態 （Ｂ−１）システムの形態 図１４に、第２の実施形態に係るネットワークシステム
の基本形態を示す。１４は、ブロードキャストドメイン
を構成するＩＰネットワーク１を介して接続された一台
のＩＰ端末装置２と複数台のＩＰ端末装置３間において
伝送クロック速度の違いを調整する場合のシステム形態
について表したものである。ただし、図１４には、図１
と対応する部分に同一符号を付して示している。

【００６９】第２の実施形態と第１の実施形態との違い
は、第１の実施形態が相手先となるスレーブ側のＩＰ端
末装置３を特定して同期タイミングパケットを送信した
のに対し、この第２の実施形態では、当該同期タイミン
グパケットをブロードキャストパケットとしてドメイン
内に存する全てのＩＰ端末装置に同報する点が異なる。

【００７０】すなわち、本実施形態の場合、同期マスタ
モジュール４を搭載するＩＰ端末装置２は、同期スレー
ブモジュール５を搭載する全てのＩＰ端末装置３に対
し、同期タイミングパケットを一定間隔Ｔ１ごとにブロ
ードキャストする点が異なる。

【００７１】なお、同期スレーブモジュール５を搭載す
る各ＩＰ端末装置３における同期確立動作は第１の実施
形態で説明した動作と同じであり、スレーブ側となるＩ
Ｐ端末装置のそれぞれが、自装置の伝送クロック速度を
マスタ側の伝送クロック速度に同期させる動作を実行さ
れることになる。

【００７２】（Ｂ−２）効果 かくして、第２の実施形態によれば、以下の効果が得ら
れることになる。すなわち、同一ブロードキャストドメ
イン内に位置する全ての同期スレーブモジュール５は、
そのいずれについても、同一ブロードキャストドメイン
内に位置する同期マスタモジュール４との同期が確保さ
れる。従って、各同期スレーブモジュール５相互間につ
いても、同期マスタモジュール４との同期を前提とし
て、伝送クロックの同期が確保されることになる。

【００７３】よって、同期スレーブモジュール５を搭載
するＩＰ端末装置３間における通信においても、データ
の廃棄や代替データの挿入が一切不要となり、長時間に
亘り（時間制限無く）、通信を行うことが可能となる。
すなわち、同一のブロードキャストドメイン内に位置す
る全てのＩＰ端末装置（同期スレーブモジュール５を搭
載するものに限らず、同期マスタモジュール４を搭載す
るものも含む）間で、モデム通信が可能となり、回線交
換と同等の品質の通話を可能とできる。

【００７４】また、このように同一のブロードキャスト
ドメイン内に位置する全てのＩＰ端末装置（同期スレー
ブモジュール５を搭載するものに限らず、同期マスタモ
ジュール４を搭載するものも含む）間において伝送クロ
ック速度の同期が確保されるため、１つの同期マスタモ
ジュール又は同期スレーブモジュールを搭載するだけで
（すなわち、各チャネルごとに各モジュールを搭載しな
くても）、複数チャネルの同時通話を実現できる。

【００７５】（Ｃ）他の実施形態 上述の実施形態においては、特に実時間性の高い音声デ
ータを伝送する場合を前提に説明したが、伝送される情
報としてはこれに限るものでなく、いわゆるテレビ電話
や放送系の映像データのように実時間性が要求される他
の情報を伝送する場合にも適用し得る。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、他
のＩＰ端末装置が一定間隔で送信した同期タイミングパ
ケットを受信して内部で発生されたクロックを送信側の
クロックに同期させる同期機能を備えるＩＰ端末装置
に、(1) 内部クロックを発生するクロック生成手段と、
(2) クロック生成手段の生成した内部クロックをカウン
トするクロックカウンタと、(3) 通信開始後に最初に受
信された同期タイミングパケットの受信時におけるクロ
ックカウンタのカウント値とその後に受信された同期タ
イミングパケットの受信時におけるクロックカウンタの
カウント値との差分を基に送信側のクロックとクロック
生成手段の発生しているクロックの周波数差を推定し、
その推定結果に応じてクロック生成手段を移相制御する
制御手段とを備えたことにより、相対的な位相関係（周
波数が高いか低いか）のみに基づいて同期制御を行う場
合に比して同期制御に要する時間の推定を可能とでき
る。

【００７７】また、第２の発明によれば、第１の発明に
係るＩＰ端末装置の制御手段として、同期タイミングパ
ケットが受信されて新たなカウント値の差分が算出され
るたび、現時点までに算出された各時点のカウント値の
差分についての出現範囲の上限範囲を与える直線の傾斜
角と下限範囲を与える直線の傾斜角とを算出して当該２
つの傾斜角の差分が予め定めた誤差範囲内となったか否
かを判定し、２つの傾斜角の差分が予め定めた誤差範囲
内となったとき、当該２つの傾斜角の平均値を推定対象
である送信側のクロックとクロック生成手段の発生して
いるクロックの周波数差に対応する直線の傾斜角とみな
して当該傾斜角よりクロックの周波数差を推定するもの
を用いることにより、推定精度を高めることができる。

【００７８】また、第３の発明によれば、一定間隔ごと
送信される同期タイミングパケットの受信タイミング
を、受信装置内のクロックにて動作するクロックカウン
タのカウント値として検出し、そのカウント値の情報を
基に同期タイミングパケットの送信側のクロックと受信
装置内のクロックとの周波数差を推定する場合における
周波数誤差の範囲を推定する方法において、通信開始後
に最初に受信された同期タイミングパケットの受信時に
おけるクロックカウンタのカウント値とその後に受信さ
れた同期タイミングパケットの受信時におけるクロック
カウンタのカウント値との差分が算出されるたび、現時
点までに算出された各時点のカウント値の差分について
の出現範囲の上限範囲を与える直線の傾斜角と下限範囲
を与える直線の傾斜角とを算出して当該２つの傾斜角の
差分の半分を推定対象である周波数差に含まれている周
波数誤差の範囲と推定することにより、周波数誤差を高
精度で推定できる。

【００７９】また、第４の発明によれば、一定間隔ごと
送信される同期タイミングパケットの受信タイミング
を、受信装置内のクロックにて動作するクロックカウン
タのカウント値として検出し、そのカウント値の情報を
基に同期タイミングパケットの送信側のクロックと受信
装置内のクロックとの周波数差を推定する周波数差推定
方法において、通信開始後に最初に受信された同期タイ
ミングパケットの受信時におけるクロックカウンタのカ
ウント値とその後に受信された同期タイミングパケット
の受信時におけるクロックカウンタのカウント値との差
分が算出されるたび、現時点までに算出された各時点の
カウント値の差分についての出現範囲の上限範囲を与え
る直線の傾斜角と下限範囲を与える直線の傾斜角とを算
出し、その２つの傾斜角の平均値を推定対象である送信
側のクロックとクロック生成手段の発生しているクロッ
クの周波数差に対応する直線の傾斜角とみなして当該傾
斜角よりクロックの周波数差を推定することにより、周
波数差を高精度で推定できる。

【００８０】また、第５の発明によれば、同期タイミン
グパケットの送信側のクロックと受信装置内のクロック
との周波数差の推定に必要な所要時間の算出方法におい
て、受信装置内のクロックを基準に設定された同期タイ
ミングパケットの受信予定間隔をＴ１、クロックの周波
数差が推定されるまでに必要な受信予定間隔の個数を
ｎ、クロックの周波数差の目標誤差をＷ、ネットワーク
上に現れるゆらぎの上限をＹとするとき、同期タイミン
グパケットの送信側のクロックと受信装置内のクロック
との周波数さの推定に必要な所要時間Ｔ１×ｎを、Ｔ１
×ｎ＝２Ｙ／Ｗに基づいて算出するようにする。このよ
うに、第５の発明によれば、クロックの周波数差の推定
に必要な所要時間を予め確定できるため、装置の仕様を
容易に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るネットワークシステムの
全体構成を示す図である。

【図２】同期マスタモジュールの機能ブロック構成を示
す図である。

【図３】同期スレーブモジュールの機能ブロック構成を
示す図である。

【図４】同期タイミングパケットの伝送ゆらぎとの関係
を示す図である。

【図５】カウント値とクロック周波数差との関係及び伝
送ゆらぎとの関係を示す図である。

【図６】クロック周波数の差分に起因したカウント値の
出現範囲と伝送ゆらぎに起因したカウント値の出現範囲
との関係を説明する図である。

【図７】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原理
を説明する図である（その１）。

【図８】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原理
を説明する図である（その２）。

【図９】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原理
を説明する図である（その３）。

【図１０】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原
理を説明する図である（その４）。

【図１１】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原
理を説明する図である（その５）。

【図１２】クロック周波数の差分に応じた傾きの推定原
理を説明する図である（その６）。

【図１３】カウント値の桁上がりを考慮したカウント値
の差分算出処理手順を示すフローチャートである。

【図１４】第２の実施形態に係るネットワークシステム
の全体構成を示す図である。

【符号の説明】

１…ＩＰネットワーク、２、３…ＩＰ端末装置、４…同
期マスタモジュール、４Ａ…クロック生成器、４Ｂ…割
り込み発生器、４Ｃ…コントローラ、４Ｄ…ＩＰユニッ
ト、５…同期スレーブモジュール、５Ａ…ＩＰユニッ
ト、５Ｂ…コントローラ、５Ｃ…クロックカウンタ、５
Ｄ…伝送クロック生成器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 他のＩＰ端末装置が一定間隔で送信した
   同期タイミングパケットを受信して内部で発生されたク
   ロックを送信側のクロックに同期させる同期機能を備え
   るＩＰ端末装置において、 内部クロックを発生するクロック生成手段と、 上記クロック生成手段の生成した内部クロックをカウン
   トするクロックカウンタと、 通信開始後に最初に受信された同期タイミングパケット
   の受信時における上記クロックカウンタのカウント値と
   その後に受信された同期タイミングパケットの受信時に
   おける上記クロックカウンタのカウント値との差分を基
   に送信側のクロックと上記クロック生成手段の発生して
   いるクロックの周波数差を推定し、その推定結果に応じ
   て上記クロック生成手段を移相制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とするＩＰ端末装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＩＰ端末装置におい
   て、 上記制御手段は、同期タイミングパケットが受信されて
   新たなカウント値の差分が算出されるたび、現時点まで
   に算出された各時点のカウント値の差分についての出現
   範囲の上限範囲を与える直線の傾斜角と下限範囲を与え
   る直線の傾斜角とを算出して当該２つの傾斜角の差分が
   予め定めた誤差範囲内となったか否かを判定し、２つの
   傾斜角の差分が予め定めた誤差範囲内となったとき、当
   該２つの傾斜角の平均値を推定対象である送信側のクロ
   ックと上記クロック生成手段の発生しているクロックの
   周波数差に対応する直線の傾斜角とみなして当該傾斜角
   よりクロックの周波数差を推定することを特徴とするＩ
   Ｐ端末装置。
3. 【請求項３】 一定間隔ごと送信される同期タイミング
   パケットの受信タイミングを、受信装置内のクロックに
   て動作するクロックカウンタのカウント値として検出
   し、そのカウント値の情報を基に同期タイミングパケッ
   トの送信側のクロックと受信装置内のクロックとの周波
   数差を推定する場合における周波数誤差の範囲を推定す
   る方法において、 通信開始後に最初に受信された同期タイミングパケット
   の受信時におけるクロックカウンタのカウント値とその
   後に受信された同期タイミングパケットの受信時におけ
   るクロックカウンタのカウント値との差分が算出される
   たび、現時点までに算出された各時点のカウント値の差
   分についての出現範囲の上限範囲を与える直線の傾斜角
   と下限範囲を与える直線の傾斜角とを算出して当該２つ
   の傾斜角の差分の半分を推定対象である周波数差に含ま
   れている周波数誤差の範囲と推定することを特徴とする
   周波数誤差範囲推定方法。
4. 【請求項４】 一定間隔ごと送信される同期タイミング
   パケットの受信タイミングを、受信装置内のクロックに
   て動作するクロックカウンタのカウント値として検出
   し、そのカウント値の情報を基に同期タイミングパケッ
   トの送信側のクロックと受信装置内のクロックとの周波
   数差を推定する周波数差推定方法において、 通信開始後に最初に受信された同期タイミングパケット
   の受信時におけるクロックカウンタのカウント値とその
   後に受信された同期タイミングパケットの受信時におけ
   るクロックカウンタのカウント値との差分が算出される
   たび、現時点までに算出された各時点のカウント値の差
   分についての出現範囲の上限範囲を与える直線の傾斜角
   と下限範囲を与える直線の傾斜角とを算出し、その２つ
   の傾斜角の平均値を推定対象である送信側のクロックと
   上記クロック生成手段の発生しているクロックの周波数
   差に対応する直線の傾斜角とみなして当該傾斜角よりク
   ロックの周波数差を推定することを特徴とする周波数差
   推定方法。
5. 【請求項５】 同期タイミングパケットの送信側のクロ
   ックと受信装置内のクロックとの周波数差の推定に必要
   な所要時間の算出方法において、 受信装置内のクロックを基準に設定された同期タイミン
   グパケットの受信予定間隔をＴ１、クロックの周波数差
   が推定されるまでに必要な上記受信予定間隔の個数を
   ｎ、クロックの周波数差の目標誤差をＷ、ネットワーク
   上に現れるゆらぎの上限をＹとするとき、同期タイミン
   グパケットの送信側のクロックと受信装置内のクロック
   との周波数さの推定に必要な所要時間Ｔ１×ｎを、次式
   に基づいて算出することを特徴とする推定所要時間算出
   方法。 Ｔ１×ｎ＝２Ｙ／Ｗ