JP2003528494A - 情報伝送ネットワークのコンピュータ・クロックを同期化する方法、この方法を実施するための装置及びコンピュータ・クロックの同期化に適したデータ・パケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、情報伝送のために使用されるネットワーク中のコンピュータ・クロックを同期化する方法に関するものであり、この方法によれば、情報が発信される場合にタイム・スタンプを付けて発信され、かつ受信の確認時にタイム・スタンプを付けて返信される。このタイム・スタンプは、ネットワーク・コントローラ（４、１０）の下流に組み込まれ、前記ネットワーク・コントローラが伝送を認証したとき、直ちにクロック・モジュール（８）によって発信または着信データ・パケット中に挿入される。ＣＰＵ（２）は、識別子を備えるアクチュエータ信号を生成し、この部分が、情報の宛先アドレスの受信の確認時のタイム・スタンプと、伝送された情報の通信のタイム・スタンプの比較に基づいてクロック・モジュール（８）を修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、情報伝送用のネットワーク中のコンピュータ・クロックを同期化す
る方法であって、情報がその発信時に１つのタイム・スタンプを付けて発信され
、受信確認時に１つのタイム・スタンプを付けて返信される方法、情報伝送用の
ネットワーク中のコンピュータ・クロックを同期化するための装置において、情
報がその発信の瞬間にタイム・スタンプを付けられ、かつ目標アドレスへ到達す
る瞬間にタイム・スタンプを付けられる装置、ならびにネットワーク化されたコ
ンピュータ用の情報伝送ネットワーク中のコンピュータ・クロックを同期化する
ためのデータ・パケットとに関する。

【０００２】 コンピュータは、その駆動のために中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリ
のほかに、様々に形成することができる外界とのインタフェースも必要とする。
通例、並列インタフェースとして形成されているシステム・バスが直接コンピュ
ータに接続されており、それによって演算処理装置クロック・パルスもしくはバ
ス・クロック・パルスに依存して複数のビットを同時に読み込みおよび読み出す
ことができる。情報が回線を介して伝送される場合、これは基本的に並列インタ
フェースを介しても行われるが、回線費用が高いために最大の回線長が制限され
ている。そのため、情報またはデータの遠隔伝送のために、まず並列に存在する
信号がシリアル信号に変換される伝送方法が開発され、それによって前記遠隔伝
送は少数の回線を介して送信しかつ受信することができる。そのために、コンピ
ュータは、通例、各システム・バスに接続されているネットワーク・カードを提
供しており、この場合に規格化された並列インタフェースが提案された。

【０００３】 前記のような規格化されたインタフェースの例が、いわゆるＰＣＩバスである
。ネットワーク・コントローラのほかに、選択された伝送媒体もしくは選択され
たネットワーク構造に整合されたもう１つのインタフェースを含むネットワーク
・コントローラもしくはネットワーク・カードが前記のようなバスと接続されて
いる。この媒体仕様のインタフェースもしくはこのインタフェースが、特に後置
された回線網へのレベルの整合を引き受け、バス網が非常に拡大されている。バ
ス網において、全てのコンピュータが共通の集合回線に接続されており、各加入
者がこのバスにアクセスすることができ、そこに接続されている各加入者に到達
することができる。このようなバス構造へのアクセスを規制するために、たとえ
ばＣＳＭＡ方法が使用される（搬送波検出多重アクセス方式（Ｃａｒｒｉｅｒ
Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ））。この方法によって、同時に
発生する送信による衝突を阻止することが試みられている。２加入者が同時に１
つの空きの回線網を検出し、かつ送信する場合、このような衝突が発生しうる。
これは、局が伝送開始前に伝送媒体を傍聴することによって阻止され、そのため
に衝突検出が可能であるビット構造が使用される。このようなビット構造が、Ｃ
ＳＭＡ／ＣＤパケットと呼ばれ、ＣＤは「Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉ
ｏｎ」もしくは衝突検出を表す。バス網のほかに、スター網、リング網およびト
ークン・リング網が用いられており、多少大きい最大伝送速度が達成される様々
な伝送プロトコルが使用される。このような伝送プロトコルは、たとえばイーサ
ネット（登録商標）プロトコル（ＩＥＥＥ８０３）またはファイヤー・ワイヤ・
プロトコル（ＩＥＥＥ１３９４）として公知である。同様のことが、たとえばＣ
ＡＮ、ＦＤＤＩ、ＡＴＭもしくはギガビット・イーサネット（登録商標）プロト
コルにも当てはまる。

【０００４】 ネットワーク・コントローラは、媒体仕様のインタフェースと共にパラレル・
データ流のシリアル・データ流への変換も行い、衝突を回避するために、所望の
規約またはプロトコルが順守される。ネットワーク・カードは、通例、１つのデ
ータ回線が占有されており、またはデータ・パケットが不完全にもしくは前記プ
ロトコルに不適な形式で存在する場合、情報を抑留するためのメモリを含む。こ
の記憶された情報は、空き回線が検出されたとき、ネットワーク中に供給される
。この発信の解除までの中間記憶に制限されて、データ・パケットはネットワー
ク・カードを通して様々な遅延を生じる。これは、より大きいパケットがより高
い速度で発信できる時点まで、１つの宛先アドレスのための特定の情報が記憶さ
れる、いわゆるスイッチにも当てはまる。

【０００５】 全てのコンピュータが汎用時間ベースを提供することを保証する必要があるコ
ンピュータ・ネットワークにおいて、ここで情報がいつ発信されたかの情報のほ
かに、さらに別のネットワーク化されたコンピュータによっていつ前記情報が受
信されたかを検出することも重要である。コンピュータのクロッキングのための
コンピュータ・クロックは、ある計算機が情報をネットワーク・カードに提供し
た時点を同定することを可能にするが、ネットワーク・カードが実際にいつデー
タ伝送回線を介して送信を実行したかを検出することはできない。従って、付加
的に、時間的に重要なデータ・パケットに実際の送信の時点で１つのタイム・ス
タンプが刻印されるコンピュータ・クロックが提案されている。このようなコン
ピュータ・クロックは、すでにネットワーク・コントローラと媒体仕様のインタ
フェースとの間に接続されており、前記ネットワーク・コントローラと媒体仕様
のインタフェースとが媒体独立のインタフェース（ＭＩＩＦ）を介して互いに接
続されており、コンピュータ・クロックがこの両方のコンポーネントの間に接続
される。ここでそれぞれ送信側のＣＰＵに情報の発信の実際の時点に関する完全
な情報を提供するために、この中間接続されたコンピュータ・クロックが実際の
発信の時点を割当てられた計算機に返信しなければならない。この関連で容易に
想いつくのは、別の構造群を介してシステム・バス中へ返信を行うことであり、
前記のようなコンポーネントをたとえばＰＣＩブリッジと呼ぶことができ、コン
ピュータのＰＣＩバスと通信する。しかし、このような修正の回路技術的かつハ
ードウエア上の費用が比較的大きく、別のインタフェースおよび別のインタフェ
ース・カードを有するコンピュータの付加的装備を制限する。

【０００６】 本発明は、そこで情報伝送ネットワーク中の汎用時間ベースの同期化に要する
ハードウエア上および回路技術的な費用を低減し、かつ後々のハードウエア上の
変更を回避し、それによって単に対応するソフトウエア整合により所望の汎用時
間ベースを本質的により高い精度で達成することができることを目的としている
。この課題の解決のために、本発明による方法は本質的に、タイム・スタンプが
ネットワーク・コントローラによる送信の解除後に後置されたクロック・モジュ
ールから発信もしくは着信するデータ・パケット中へ挿入され、かつ１つのＣＰ
Ｕが情報の宛先アドレスの受信確認中のタイム・スタンプと、付属の送信された
情報のタイム・スタンプとの比較から１つの識別子を付けた設定信号をクロック
・モジュールの修正のために発生させることである。タイム・スタンプがネット
ワーク制御回路による送信の解除後にクロック・モジュールから挿入されること
よって、このようなクロック・モジュールが媒体独立のインタフェースの内部に
配設され、かつ直接ネットワーク・カード上に配設されることができ、それによ
って単に対応するネットワーク・カードを計算機の対応するシステム・バスに接
続する必要があるだけである。同時に、この配列によって、タイム・スタンプが
実際に、ネットワーク・コントローラが送信を行う場合に初めて挿入されること
が保証される。しかし、ここで同時に１つのタイム・スタンプを付けた正確な受
信の返信は、時間ベースの精密性と正確性の改善のために、設定信号もしくはセ
ットアップ信号ならびに場合により制御信号および／または状態信号をクロック
・モジュールと交換する必要があるので、まだ対応するクロック回路の動的な同
期化に至らない。しかし前記のような設定信号は、外乱による時間ベースの妨害
が確実に阻止されうる場合、単に割当てられたＣＰＵまたは特殊ネットワーク計
算機によって発信され、この制御信号はそれぞれ応答したクロック・モジュール
によってのみ評価することができる。ネットワーク中の個々の計算機による全て
の時計の制御において、制御計算機への各時計のデータ伝送が簡単な（コメント
なしの）各ローカルＣＰＵによるデータ・パケットの返信によって達成される。
この場合、ネットワーク中の別のコンピュータによるローカル・コンピュータ・
クロックの修正およびコントロールに必要な状態情報の返信は、ローカルＣＰＵ
による別のコンピュータへのローカル・コンピュータ・クロックのために特徴づ
けられる全てのデータ・パケットの返信によって行われる。従って、本発明によ
り、１つのＣＰＵが情報の宛先アドレスの受信確認中のタイム・スタンプと、自
己の送信した情報のタイム・スタンプとの比較から、ここで１つの識別子を付け
た設定信号を発生し、この設定信号を対応する修正を行う必要のあるクロック・
モジュールにのみ提供することが考慮されている。そのため、このような設定信
号の枠内で付加的に必要な識別子は、コンピュータに割当てられたクロック・モ
ジュールが選択的に応答することができ、かつネットワーク自体からの任意の信
号によって影響されることができず、それによって高度の安全性と連続的または
反復的な再設定の可能性によってより高い精密性が達成可能であることを保証す
る。

【０００７】 有利には、本発明による方法は、ここで設定信号がクロック・モジュールの修
正、制御信号および／または状態信号のために１つの識別子を付けて伝送され、
この識別子がクロック・モジュールのパケット識別論理によって評価され、かつ
このような識別子を付けて伝送された設定信号が各クロック・モジュールの時間
の修正に使用されるように実施される。原理的に、すでに冒頭に述べたように、
付属のＣＰＵへの返信のための別のバス接続はハードウエア費用の簡素化の理由
から回避される。その結果、対応する設定信号、制御信号および／または状態信
号が実際に各々割当てられたクロック・モジュールのみに供給されることを保証
するために、前記識別子がクロック・モジュール自体のコンポーネントの１つま
たはネットワーク・コントローラによって検出され、かつ評価されることを保証
する必要がある。

【０００８】 大概の媒体仕様のインタフェースは、たとえば前記のような信号が網の中では
なく、前記信号を発生したＣＰＵへ返送されることによって、付加的なデータ回
線を通して切換えることができ、前記のようなインタフェース回路は直接クロッ
ク回路を含む構造群中に実現することもできる。その場合、有利には、ネットワ
ーク・コントローラが直接インタフェース回路と通信し、クロック回路から発信
されたＣＰＵの設定信号、制御信号および／または状態信号の返送命令を前記信
号を発生したＣＰＵ宛に、生成するように行われる。

【０００９】 この関連において、同期化のための特殊計算機を使用することが原理的に可能
でありかつ好ましく、そのために有利には、ローカル・コンピュータ・クロック
の修正、制御信号および状態信号のためのデータ・パケットがネットワーク中の
別のコンピュータ上で計算され、データ・パケットとして各コンピュータ・クロ
ックのネットワーク・コントローラに送られるように行われる。

【００１０】 特に簡単な方法において、ネットワーク中のコンピュータ・クロックの同期化
がスイッチで行われ、各データ・パケットの滞留時間がスイッチ中でローカル・
コンピュータ・クロックのための修正、制御信号および状態信号によって測定さ
れ、かつ各スイッチが全てのスイッチ・ポートにコンピュータ・クロックと好適
な時間測定装置とを装備されるように行うことができる。

【００１１】 汎用時間ベースの同期化のための本発明による装置は、本質的に、各ネットワ
ーク・コントローラに、パケット識別論理とクロック・コントローラとを含むク
ロック・モジュールが割当てられることを特徴としており、１つのＣＰＵから発
信された設定信号、制御信号および／または状態信号がネットワーク・コントロ
ーラ中の目標アドレスのチェック後にクロック・コントローラによって実行もし
くは処理され、識別されたパケット中に情報が取り込まれる。識別子を１つ付け
た信号の識別は、上記のように、クロック・モジュールの１つのコンポーネント
によって行うことができる。この装置は、ネットワーク・コントローラが設定信
号、制御信号および／または状態照会信号の識別のために別の回線を介してクロ
ック・モジュールの迂回下に伝送装置反転のためのインタフェースに接続される
ように形成することもできる。

【００１２】 回路技術的な変更の規模をさらに縮小するために、さらにまた媒体独立のイン
タフェース中に接続されたクロック・モジュール中に、設定信号、制御信号およ
び／または状態照会信号の識別のための対応する論理と、信号を発生した各ＣＰ
Ｕへの前記のような信号の返信が行われる対応するインタフェースとを内蔵して
いる場合、ネットワーク・コントローラと媒体仕様のインタフェースとの間の前
記のような別の制御回線を省くこともできる。従って有利には、設定信号、制御
信号および／または状態照会信号の識別のためのパケット識別論理と、付属のコ
ンピュータとを１つの構造群にまとめ、特に内蔵して形成されるような形成が講
じられる。この方法によって、特に簡単なかつ従来のネットワーク・カードで容
易に内蔵可能の回路配列が構成され、この回路配列において、対応するソフトウ
エア・プログラミングによって、クロック・モジュールの再調節に必要なセット
アップ信号を発生するため、返信される信号をそれに応じて評価する可能性をＣ
ＰＵに提供する必要があるだけである。

【００１３】 ネットワーク化されたコンピュータのための情報伝送ネットワーク中のクロッ
ク回路の同期化のための本発明によるデータ・パケットは、この目的のために、
データ・パケットが目標アドレス、ソース・アドレスおよびデータのための領域
に付加的に、設定信号、制御信号および／または状態照会信号のために特徴づけ
られるパケットタイプの少なくとも１つの識別子を含むことを特徴とする。常法
による伝送プロトコルは、この伝送プロトコルがデータ通信技術で使用されてい
るように、通例、パケットタイプ識別のための一定数のビットを含み、それによ
ってこのような識別を変更なしに、たとえば衝突識別を含むＣＳＭＡ−データ・
パケットのビット構造中に取り込むことができる。

【００１４】 以下、本発明を図面に概略的に図示した実施形態を用いてより詳しく説明する
。

【００１５】 図１に、１でＣＰＵ２のためのクロック発生器を表している。ＣＰＵ２は、こ
の場合、パラレル・バスとして形成されたバス構造３を介してネットワーク・カ
ードのネットワーク・コントローラ４に接続されている計算機の中央構成要素で
ある。図１および２記載の形成において、バス構造が例として選ばれており、そ
のバックボーンは５で表している。ネットワークの前記バックボーンとの接続は
、各媒体によって要求されたレベルへの整合も行われる媒体仕様のインタフェー
ス６によって構築される。媒体仕様のインタフェースもしくはインタフェース６
とネットワーク・コントローラ４との間には、全体にネットワーク・コントロー
ラ４と媒体仕様のインタフェース６との間の媒体独立のインタフェースを表す回
線７が設けられている。この回線７中に、ここでクロック・モジュール８が接続
されており、ネットワーク・コントローラがデータ・パケットを媒体仕様のイン
タフェース６へ転送したとき、常に前記クロック・モジュールがこの媒体パケッ
トに時間的に問題のある情報の場合に１つのタイム・スタンプを刻印する。信号
が別のＣＰＵ２によって受信された返信は、再び回線５、媒体仕様のインタフェ
ース６、ネットワーク・コントローラ４およびパラレル・バス３を介してＣＰＵ
２へ行われる。受信器のタイム・スタンプと自己のクロック・モジュールのタイ
ム・スタンプとの比較は、既知の２つのアドレスの間の信号の既知のまたは測定
された進行時間の考慮下に時間ベースの正確性の逆推論を許容し、正確性を高め
るために自己のクロック・モジュール８のクロック周波数がそれに対応して調節
される信号がＣＰＵ２に発生することを可能にする。この方法により、時計の既
知の最大の変差が種々の計算機相互のクロック発生器中でナノ秒領域に保持でき
る同期化を達成することができる。対応するセットアップ信号もしくは設定信号
は、ＣＰＵ２からここで再びネットワーク・コントローラ４を介してクロック・
モジュール８へ伝送され、図１記載の形成においては、ネットワーク・コントロ
ーラ４自体が、前記のようなセットアップ信号をその識別子に基づきセットアッ
プ信号として識別することができる。この場合に、ネットワーク・コントローラ
４が回線９を介して媒体仕様のインタフェース６に、前記情報がネットワーク５
への転送に考慮されず、むしろクロック・モジュール８の対応する操作と一緒に
なって実行された修正を介して再び自己のＣＰＵ２に返信されるべきであること
を通知する。

【００１６】 図２記載の形成において、本質的に同じコンポーネントが使用されており、こ
の場合には付加的な制御回線９が省かれる。タイム・スタンプが刻印されるクロ
ック・モジュール８は、その場合に付加的にパケット識別論理およびクロック・
コントローラ１１の形態でネットワーク・コントローラ１０の簡単な変形を含み
、それによってクロック・モジュール８に含まれる構造群の内部で対応するセッ
トアップ信号の識別を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による装置の第１の実施形態のブロック図である。

【図２】 本発明による装置のもう１つの実施形態を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年３月１２日（２００２．３．１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 ホラウアー、マルティン オーストリア国、ウイーン、グッサウスシ ュトラーセ 27−29、 インスティテュー ト フュル コムプテルテクニク、ペー． アー． テクニシェウニヴェルジテート ヴイーン (72)発明者 ケレオー、ニコラウス オーストリア国、ウイーン、ホッフィンガ ーガッセ 16／２／８ (72)発明者 シュミット、ウルリッヒ オーストリア国、ウィーン、トライトルシ ュトラッセ １、 インスティテュート フュル オートメイション、ペー．アー． テクニシェ ウニヴェルジテート ヴイ ーン (72)発明者 ホラウアー、マルティン オーストリア国、ウイーン、グッサウスシ ュトラーセ 27−29、 インスティテュー ト フュル コムプテルテクニク、ペー． アー． テクニシェウニヴェルジテート ヴイーン Ｆターム(参考） 5K030 HA08 HB15 KA21 LA15 5K047 AA03 AA15 BB12 HH52

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報伝送用のネットワーク中のコンピュータ・クロックを同
   期化する方法であって、情報がその発信時にタイム・スタンプを付けて発信され
   、受信確認時にタイム・スタンプを付けて返信される方法において、 前記タイム・スタンプが、ネットワーク・コントローラ（４、１０）による送
   信の解除後、後置されたクロック・モジュール（８）から発信または着信するデ
   ータ・パケット中に挿入され、ＣＰＵ（２）が情報の宛先アドレスの受信確認時
   のタイム・スタンプと、付属の送信された情報のタイム・スタンプとの比較から
   、クロック・モジュール（４）の修正のために識別子を付けた設定信号を発生す
   ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 クロック・モジュール（８）の修正、制御信号および／また
   は状態信号のための設定信号が識別子を付けて伝送され、前記識別子がクロック
   ・モジュール（８）のパケット識別論理によって評価され、かつ前記のような識
   別子を付けて伝送された設定信号が、各クロック・モジュール（８）の時間の修
   正のために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 ネットワーク・コントローラ（４）が直接インタフェース回
   路（６）と通信し、クロック・モジュール（８）に発信したＣＰＵ（２）の設定
   信号、制御信号および／または状態信号を、ローカルで返送する命令をＣＰＵ（
   ２）向けに生成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 ローカル・コンピュータ・クロック（８）の修正、制御信号
   および状態信号のためのデータ・パケットがネットワーク中の別のコンピュータ
   上で計算され、データ・パケットとして各コンピュータ・クロック（８）のネッ
   トワーク・コントローラ（４、１０）へ送られることを特徴とする、請求項１、
   請求項２または請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 ネットワーク中のコンピュータ・クロック（８）の同期化が
   スイッチによって行われ、各データ・パケットの滞留時間がスイッチ中でローカ
   ル・コンピュータ・クロック（８）のための修正、制御信号および状態信号によ
   って測定され、各スイッチが全てのスイッチ・ポートにコンピュータ・クロック
   （８）と好適な時間測定装置とを装備していることを特徴とする、請求項１から
   請求項４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 【請求項６】 情報伝送用のネットワーク中のコンピュータ・クロックを同
   期化するための装置であって、情報がその発信の瞬間にタイム・スタンプを付け
   られ、目標アドレスへ到達する瞬間にタイム・スタンプを付けられる装置におい
   て、 各ネットワーク・コントローラ（４、１０）にパケット識別論理とクロック・
   コントローラ（１１）とを含むクロック・モジュール（８）が割当てられ、ＣＰ
   Ｕ（２）から発信された設定信号、制御信号および／または状態信号がネットワ
   ーク・コントローラ（４、１０）中の目標アドレスのチェック後にクロック・コ
   ントローラ（１１）によって実行または処理され、既知のパケット情報中へ取り
   込まれることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 設定信号、制御信号および／または状態照会信号を検出する
   ためのパケット識別論理と、付属のコンピュータ・クロック（８）とが１つの構
   造群にまとめられ、特に内蔵されて形成されていることを特徴とする、請求項６
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 データ・パケットが目標アドレス、ソース・アドレスおよび
   データのための領域に付加的に、パケット・タイプのための少なくとも１つの識
   別子を含み、この識別子が設定信号、制御信号および／または状態照会信号に対
   して特徴的であることを特徴とする、ネットワーク化されたコンピュータ用の情
   報伝送ネットワーク中のコンピュータ・クロックを同期化するためのデータ・パ
   ケット。