JP2005012537A

JP2005012537A - 同期方法および通信装置

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Publication number: JP2005012537A
Application number: JP2003174903A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Jokura; 義彦城倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP4156451B2

Abstract

【課題】回線からクロック成分を抽出できない環境であっても、通信装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることが可能な同期方法を得ること。
【解決手段】本発明の同期方法では、クロックソース側の通信装置において、同期パケット生成部１２が、自装置内で生成した基準クロック信号を用いて、所定の間隔で同期パケットを生成し、パケット送受信部１０が、主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出し、一方、クロックスレーブ側の通信装置において、パケット送受信部１０が、主信号と前記同期パケットを分離し、同期信号抽出部１５が、分離された同期パケットに基づいて同期信号を生成し、平均化部１６が、前記同期信号から所定の位相信号を出力し、低速ＰＬＬ部１７が、前記位相信号に低速で追従するＰＬＬ処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークにより接続される２つ以上の通信装置間の同期方法に関するものであり、特に、クロック同期を確立できるほど高速に動作しない場合の同期方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の通信装置間の同期方法について説明する。ここでは、通信キャリア会社の提供する広域回線（ネットワーク）により接続する２つ以上の通信装置間の一般的な同期方法について説明する（非特許文献１参照）。上記ネットワークを構成する通信装置は、回線に従属同期するクロックスレーブ側の通信装置として動作し、たとえば、主信号の処理を行う主信号処理部と、パケット信号の送受信処理を行うパケット送受信部と、回線からの受信信号からクロック成分を抽出する回線クロック抽出部と、抽出されたクロックに自装置の基準クロックを同期させるＰＬＬ部と、装置内基準クロックから装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部から構成される。
【０００３】
ここで、上記通信装置の動作を簡単に説明する。通信キャリア会社の提供する広域回線に接続される従来の通信装置は、当該広域回線が高精度のクロックに同期しているので、クロックスレーブ側の通信装置として動作する。すなわち、全通信装置が広域回線の高精度クロックと同期を確立することにより、各通信装置間の同期をも確立する。
【０００４】
たとえば、回線からの入力信号は、パケット送受信部に入力され、伝送用のオーバヘッドが取り除かれ、主信号処理部に入力される。また、回線への送信信号は、主信号処理部からパケット送受信部へ転送され、回線に出力される。なお、主信号が送受されているときの入力信号には、クロック成分が重畳されている。
【０００５】
また、回線クロック抽出部では、主信号の送受信と同時に受信信号に重畳されているクロック成分をタンク回路等で抽出し、その抽出結果をＰＬＬ部へ送る。そして、ＰＬＬ部では、上記クロック成分に自クロックをＰＬＬロックさせ、装置内の基準クロックを生成する。また、装置内フレーム生成部では、当該基準クロックを用いて装置内で必要な装置内フレーム信号を生成する。
【０００６】
上記のような動作を、クロックスレーブ側の全通信装置が行うことにより、各通信装置が高精度の回線クロックとの同期を確立でき、さらに各通信装置間の同期も確立できる。そして、各クロックスレーブ側の通信装置間でクロック同期が確立すると、通信装置内で使用する長周期の位相信号についても、時間に伴う位相の変化（位相差の変動）が発生しない。
【０００７】
【非特許文献１】
電子情報通信学会改定ディジタル交換方式（Ｐ６２〜Ｐ６５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の通信装置の同期方法では、たとえば、ＩＰネットワーク等において、回線とクロックスレーブ側の通信装置との間にルータ等の装置が入ってしまうと、クロックスレーブ側の通信装置にて回線からのクロック成分を抽出できない、という問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回線からのクロック成分を抽出できない環境であっても、通信装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑え、かつ回線の使用効率の低下を回避可能な同期方法および通信装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる同期方法にあっては、クロックソース側の通信装置が、自装置内で生成した基準クロック信号を用いて、回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で同期パケットを生成する同期パケット生成ステップと、主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信ステップと、を含み、クロックスレーブ側の通信装置が、主信号と前記同期パケットを分離する受信ステップと、分離された同期パケットに基づいて同期信号を生成する同期信号生成ステップと、前記同期信号から所定の位相信号を出力する位相信号生成ステップと、短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記位相信号に低速で追従するＰＬＬ処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する基準タイミング生成ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、短期的遅延変動に反応しない同期系を構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態１の通信システムの構成を示す図であり、この通信システムは、同期のマスターとなるクロックソース側の通信装置１と、クロックソース側の通信装置１に従属同期するクロックスレーブ側の複数の通信装置２から構成される。
【００１４】
また、上記クロックソース側の通信装置１は、パケットの送受信を行うパケット送受信部１０と、主信号の処理を行う主信号処理部１１と、通信装置１および通信装置２の基準となるクロック信号（基準クロック信号）を生成するクロック生成部１３と、基準クロック信号に基づいて同期パケットを生成する同期パケット生成部１２と、基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部１４と、を備える。
【００１５】
また、上記クロックスレーブ側の通信装置２は、上記パケット送受信部１０，主信号処理部１１，装置内フレーム生成部１４に加えて、パケット送受信部１０が分離した同期パケットから同期信号を抽出する同期信号抽出部１５と、上記同期信号を平均化する平均化部１６と、平均化後の信号に対して低速ＰＬＬによる同期処理を実行する低速ＰＬＬ部１７と、を備える。
【００１６】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。なお、クロックソース側の通信装置１とクロックスレーブ側の通信装置２は、回線からクロックを抽出することのできないネットワークで接続されていることを想定する。また、主信号処理部１１は、パケット送受信部１０を介して主信号の送受を不定期に行っている。
【００１７】
通信装置１では、自走型のクロック発信機を有するクロック生成部１３が装置内における基準クロック信号を生成する。そして、同期パケット生成部１２では、基準クロック信号を用いて１秒信号を生成し、１秒ごとに同期パケットを送受信部１０へ送出する。本実施の形態では、一例として、ＵＤＰ（ＵｓｅｒＤａｔａｇｒａｍＰｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰフレームの特定のポート番号を同期パケットとして割り当て、ペイロードは無しとする。パケット送受信部１０では、主信号の送受に同期パケットを割り込ませて、回線に送出する。
【００１８】
一方、通信装置２では、パケット送受信部１０にて通信装置１から送られてきた同期パケットを分離し、その結果を同期信号抽出部１５に送る。同期信号抽出部１５では、同期パケットから同期信号を抽出する。ここでは、ＵＤＰ／ＩＰの上記特定のポート番号に割り当てられた同期パケットを用いる。この同期パケットのペイロードには情報がないので、同期信号抽出部１５では、同期パケットを受信したタイミングで平均化部１６に同期信号を出力する。平均化部１６では、同期信号に同期信号に基づいて、次段の低速ＰＬＬ１７の位相比較器に入力する信号を生成する。
【００１９】
図２は、上記平均化部１６の動作例を示す図である。たとえば、図２（ａ）では、同期信号が入力する毎に、その到着間隔の１／１００のタイミング信号を低速ＰＬＬ部１７に送出する。また、図２（ｂ）では、複数の同期パケットの平均到着間隔を計算し、その平均値の１／１００のタイミング信号を低速ＰＬＬ部１７に送出する。
【００２０】
低速ＰＬＬ部１７では、平均化部１６の出力するタイミング信号を位相比較器の入力とし、ＰＬＬ処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する。このＰＬＬは追従時間を十分長い時間に設計する。ここでは、同期パケットの送出間隔を１秒としているので、たとえば、１０秒以上の追従時間とする。低速でＰＬＬ処理を実行することにより短期的な遅延変動に対して瞬時に追従しないようにする。
【００２１】
装置内フレーム生成部１４では、低速ＰＬＬ部１７の生成する基準タイミングにより装置内フレームを生成する。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、平均化部および低速ＰＬＬ部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態２の通信システムの構成を示す図であり、この通信システムの通信装置２ａは、実施の形態１の通信装置２の構成に加えて、同期信号抽出部１５にて抽出する同期信号の到着間隔を監視し、短期的に大きくずれた場合、その同期信号を廃棄する到着周期監視部１８を備える。
【００２４】
ここで、上記通信装置２ａにおける到着周期監視部１８の動作について説明する。なお、到着周期監視部１８以外の動作については、先に説明した実施の形態１と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
到着周期監視部１８では、同期信号抽出部１５にて抽出される同期信号を常時監視する。このとき、同期信号を受け取る毎に１つ前の同期信号との到着間隔を測定する。たとえば、到着間隔の過去１００回の平均を計算し、新たに到着する同期信号の到着間隔と当該平均値とを比較し、その差が予め規定された所定量を超えている場合はその信号を廃棄する。
【００２６】
このように、本実施の形態においては、短期的な遅延変動による変化を平均化部に入力しない構成した。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えるために行われる平均化の精度を、さらに向上させることができる。
【００２７】
実施の形態３．
図４は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態３の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態１または２と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
本実施の形態のクロックソース側の通信装置１ｂは、装置内フレーム生成部１４にて生成する装置内フレームのフレーム位相に関する情報（位相情報）を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成部１２ｂ、を備える。
【００２９】
また、本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置２ｂは、パケット送受信部１０にて分離された同期パケットから通信装置１の位相情報を抽出する同期信号抽出部１５ｂと、自装置のフレーム位相と同期パケットから抽出した位相情報（フレーム位相）との差分を計算する差分計算部１９と、当該差分値と同期パケットの到着時間からフレーム位相差の変化の割合を低速ＶＣＸＯに通知する平均化部１６ｂと、通知されたフレーム位相差の変化の割合に応じて発信周波数を上下させ、装置内基準クロックを生成する低速ＶＣＸＯ部２０と、当該装置内基準クロックを用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部１４ｂと、を備える。
【００３０】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態１または２と異なる処理についてのみ説明する。
【００３１】
通信装置１ｂでは、同期パケット生成部１２ｂが、装置内フレーム生成部１４の生成した装置内フレーム信号から自装置内のフレーム位相情報を抽出し、その位相情報を載せた同期パケットを生成する。なお、本実施の形態では、一例として、ＵＤＰ／ＩＰフレームの特定のポート番号を同期パケットとして割り当て、ペイロードに位相情報を載せる。また、同期パケットの送出周期は、回線使用効率に影響を与えない程度に設定し、ここでは、たとえば、１秒とする。
【００３２】
一方、通信装置２ｂでは、同期信号抽出部１５ｂが、パケット送受信部１０により分離された同期パケットから通信装置１ｂのフレーム位相を抽出し、その結果を差分計算部１９へ出力する。
【００３３】
差分計算部１９では、自装置のフレーム位相と同期パケットから抽出したフレーム位相との差分を計算する。そして、その計算結果である差分値を、順次平均化部１６ｂへ出力する。平均化部１６ｂでは、同期パケットの到着時間と上記差分値から差分値の変化の方向と割合を計算する。
【００３４】
低速ＶＣＸＯ２０では、変化の方向に応じて発信周波数を上げるか、下げるか決定し、変化の割合（グラフの傾き）に応じて制御電圧の大きさを決定する。ＶＣＸＯの制御電圧は、たとえば、差分計算部１９から低速ＶＣＸＯ２０までの構成をＰＬＬと見た場合の追従時間が、同期パケットの送出周期１秒に対して十分遅くなるように設計する。図５は、平均化部１６ｂの動作例を示す図である。
【００３５】
装置内フレーム生成部１４ｂでは、低速ＶＣＸＯ部２０の生成する基準タイミングにしたがって装置内フレームを生成する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、差分計算部、平均化部および低速ＶＣＸＯ部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からのクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態４の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態１、２または３と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置２ｃは、先に説明した同期信号抽出部１５ｂの処理に加えて、同期パケットから抽出したフレーム位相情報を装置内フレーム生成部１４ｃに転送する同期信号抽出部１５ｃと、低速ＶＣＸＯ部２０からの基準クロックを用いて装置内フレーム信号を生成し、また、次カウンタの位相を同期信号抽出部１５ｃから送られてくるフレーム位相情報に強制的に合わせこむ装置内フレーム生成部１４ｃと、を備える。
【００３９】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態３と異なる処理についてのみ説明する。
【００４０】
本実施の形態の通信装置２ｃの同期信号抽出部１５ｃでは、立ち上げ直後の１回目に受信／抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合等に、同期パケットから抽出したフレーム位相情報を装置内フレーム生成部１４ｃに転送する。そして、装置内フレーム生成部１４ｃでは、このようなフレーム位相情報を受信すると、自装置内フレーム信号の次カウンタの位相を当該フレーム位相情報に強制的に合わせこむ。
【００４１】
このように、本実施の形態においては、クロックマスタ側の通信装置の位相にクロックスレーブ側の通信装置のカウンタを強制的に合わせられるようにした。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることを可能にするだけでなく、さらに必要に応じて装置間の位相を回線遅延以内で合わせることができる。
【００４２】
実施の形態５．
図７は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態５の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態１、２、３または４と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置２ｄは、平均化部１６ｂに入力される差分値を監視し、差分値の変化の割合が短期的に大きくずれた場合に、その信号を廃棄する分散監視部２１、を備える。
【００４４】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態３と異なる処理についてのみ説明する。
【００４５】
本実施の形態の通信装置２ｄの分散監視部２１では、平均化部１６ｂに入力される差分値を常に監視する。そして、たとえば、差分値の過去１００回の平均的な変化の割合を計算し、新たに到着する差分値が平均値と大きくずれている場合は、その信号を廃棄する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態においては、短期的な遅延変動による変化を平均化部から取り除くこととした。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることを可能にするだけでなく、さらに平均化の精度を向上させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、平均化部および低速ＰＬＬ部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる通信装置を含む実施の形態１の通信システムの構成を示す図である。
【図２】平均化部の動作例を示す図である。
【図３】本発明にかかる通信装置を含む実施の形態２の通信システムの構成を示す図である。
【図４】本発明にかかる通信装置を含む実施の形態３の通信システムの構成を示す図である。
【図５】平均化部の動作例を示す図である。
【図６】本発明にかかる通信装置を含む実施の形態４の通信システムの構成を示す図である。
【図７】本発明にかかる通信装置を含む実施の形態５の通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１ｂ，２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ通信装置、１０パケット送受信部、１１主信号処理部、１２，１２ｂ同期パケット生成部、１３クロック生成部、１４，１４ｂ，１４ｃ装置内フレーム生成部、１５，１５ｂ，１５ｃ同期信号抽出部、１６，１６ｂ平均化部、１７低速ＰＬＬ部、１８到着周期監視部、１９差分計算部、２０低速ＶＣＸＯ部、２１分散監視部。

Claims

クロックソース側の通信装置が、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて、回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で同期パケットを生成する同期パケット生成ステップと、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信ステップと、
を含み、
クロックスレーブ側の通信装置が、
主信号と前記同期パケットを分離する受信ステップと、
分離された同期パケットに基づいて同期信号を生成する同期信号生成ステップと、
前記同期信号から所定の位相信号を出力する位相信号生成ステップと、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記位相信号に低速で追従するＰＬＬ処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する基準タイミング生成ステップと、
を含むことを特徴とする同期方法。
前記同期信号の変動が一時的に予め規定された所定量を超えた場合に、その同期信号を廃棄することを特徴とする請求項１に記載の同期方法。
クロックソース側の通信装置が、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する第１のフレーム信号生成ステップと、
回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で、前記装置内フレーム信号からフレーム位相情報を抽出し、その情報を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成ステップと、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信ステップと、
を含み、
クロックスレーブ側の通信装置が、
主信号と前記同期パケットを分離する受信ステップと、
分離された同期パケットからフレーム位相情報を抽出する位相情報抽出ステップと、
前記同期パケットから抽出したフレーム位相と自装置内フレーム信号のフレーム位相との差分を計算する差分計算ステップと、
前記差分値と前記同期パケットの到着時間から差分値の変化情報を生成する変化情報生成ステップと、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記変化情報に応じてＶＣＸＯの発信周波数を制御し、自装置用の基準タイミングを生成する基準タイミング生成ステップと、
前記基準タイミングにしたがって装置内フレーム信号を生成する第２のフレーム信号生成ステップと、
を含むことを特徴とする同期方法。
前記第２のフレーム信号生成ステップにあっては、
立ち上げ直後の１回目に抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合、同期パケットから抽出したフレーム位相に、自装置内フレーム信号の位相を強制的に合わせることを特徴とする請求項３に記載の同期方法。
前記差分値が一時的に所定値より大きく変動した場合に、その差分値を廃棄することを特徴とする請求項３に記載の同期方法。
クロックソースとして動作する通信装置において、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて、回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で、装置間の同期を確立するための同期パケットを生成する同期パケット生成手段と、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
クロックスレーブとして動作する通信装置において、
主信号と装置間の同期を確立するための同期パケットとを分離する受信手段と、
分離された同期パケットに基づいて同期信号を生成する同期信号生成手段と、
前記同期信号から所定の位相信号を生成する位相信号生成手段と、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記位相信号に低速で追従するＰＬＬ処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する低速ＰＬＬ手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記同期信号の変動が一時的に予め規定された所定量を超えた場合に、その同期信号を廃棄することを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
クロックソースとして動作する通信装置において、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成手段と、
回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で、前記装置内フレーム信号からフレーム位相情報を抽出し、その情報を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成手段と、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
クロックスレーブとして動作する通信装置において、
主信号とクロックソースのフレーム位相情報が載せられた同期パケットとを分離する受信手段と、
分離された同期パケットから前記フレーム位相情報を抽出する位相情報抽出手段と、
前記同期パケットから抽出したフレーム位相と自装置内フレーム信号のフレーム位相との差分を計算する差分計算手段と、
前記差分値と前記同期パケットの到着時間から差分値の変化情報を生成する変化情報生成手段と、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記変化情報に応じて発信周波数を制御し、自装置用の基準タイミングを生成する低速ＶＣＸＯ手段と、
前記基準タイミングにしたがって装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。
前記装置内フレーム生成手段は、
立ち上げ直後の１回目に抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合、同期パケットから抽出したフレーム位相に、自装置内フレーム信号の位相を強制的に合わせることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
前記差分値が一時的に所定値より大きく変動した場合に、その差分値を廃棄することを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。