JP2006071441A - データ処理システムの時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーバと各ユニットとによる時刻同期確保に、サーバの負担を軽減する。
【解決手段】サーバと多数のユニットとの間をネットワーク接続し、サーバと各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報をそれぞれの内部時計に設定してサーバおよびユニット間の時刻同期を得ておく（Ｓ１，Ｓ２）。各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときに、サーバに対し「時刻送信要求」し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておく（Ｓ３）。サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けた時刻（ｔ２１）とサーバ自身の現在時刻（ｔ２２）を当該ユニットに送信する（Ｓ４）。ユニットは、サーバから時刻（ｔ２１）と（ｔ２２）を受信したときの時刻（ｔ１２）から、ユニットとサーバの中心時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）を算出し、この差分（ｔ１３−ｔ２３）を時刻のずれとして算出してユニット自身の内部時計を設定する（Ｓ５〜Ｓ９）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスタになるサーバとスレーブになる多数のユニットとの間をネットワーク接続したマスタ・スレーブ方式のデータ処理システムにおいて、各ユニット間の時刻を同期させる時刻同期方法に関する。

近年、ディジタルリレーは、イーサネット（登録商標）などのネットワークの普及に伴い、各地に分散配置される複数の計測制御ユニットと中央の監視制御ユニット間の情報伝送にネットワークを利用するネットワーク化が進んでいる。イーサネットでは長距離伝送も可能なことから、広範囲かつ多数のディジタルリレーのネットワーク化が可能である。

配電系統などの電力系統に複数のディジタルリレー（ユニット）を設置してその場所での電圧／電流を計測し、これら計測情報から電力系統に発生する事象を解析する場合、そのネットワーク内に１つまたは複数のサーバを設け、複数のユニットからデータを収集し解析するのが一般的である。

ユニットから収集するデータが時系列的かつ相関性のあるものであれば、各ユニット間では時刻情報を同期させる必要があり、それを可能とするため、図６に示すように、マスタ１と各スレーブ２Ａ〜２Ｘ間はイーサネットで接続され、マスタ・スレーブ方式によってデータ通信を行うシステムにおいて、マスタにもつ親時計装置１Ａの時刻情報を各スレーブに伝送しておく時刻同期方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、マスタ・スレーブ方式で同期時刻を任意の時刻に切り替える方式も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

他の時刻同期方法としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用するものがある（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３では、図７に示すように、ＧＰＳ受信機３で時刻情報を受信し、これを時刻分配器４で合成した時刻同期信号を各端末装置５Ａ〜５Ｎに光伝送系を通して分配し、各端末装置間に時刻同期を得る方式であり、時刻情報の受信と時刻同期信号の生成を一カ所の装置が担当する。
特開２０００−２２４７６６号公報 特開２００１−３０５２５６号公報 特開２００１−２２１８７４号公報

前記のように、ディジタルリレーシステム等では、複数のユニットが計測した時系列データをサーバに収集し、そのデータの相関性を含めた解析をする場合、各ユニット間の時刻が同期している必要がある。

この時刻同期には、特許文献３ではＧＰＳを利用するが、ＧＰＳは悪環境への設置や悪天候の影響などにより、時刻同期に必要な衛星からの電波を捕捉できなくなる可能性があり、この場合には時刻同期機能が失われてしまう。

ＧＰＳによる時刻同期機能を喪失した場合、特許文献１のように、マスタがもつ親時計情報を各スレーブにネットワーク配信する方式に切り替えることが考えられる。しかし、この方式では、主にマスタが時刻同期のためのデータ処理（同期時刻を求めるためのデータ演算と通信）を行うため、多数のスレーブに対する個別の時刻同期処理にはマスタの負荷を高めてしまう。

本発明の目的は、上記の課題を解決したデータ処理システムの時刻同期方法を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、サーバおよび各ユニットはそれぞれＧＰＳからの時刻情報を取得して時刻同期を可能としておき、ユニットのみがＧＰＳによる時刻同期が不能になったときはサーバがＧＰＳから得る時刻情報を基にサーバとのネットワーク通信で時刻同期を得るようにし、さらにサーバもＧＰＳから時刻情報をえられない場合にはサーバの内部時計の時刻情報を全ユニットに一斉同報することで時刻同期を得るようにしたもので、以下の方法を特徴とする。

（１）マスタになるサーバとスレーブになる多数のユニットとの間をネットワーク接続したマスタ・スレーブ方式のデータ処理システムにおける各ユニット間の時刻を同期させる時刻同期方法であって、
前記サーバと各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報をそれぞれの内部時計に設定してサーバおよびユニット間の時刻同期を得ておき、
前記各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときに、一定周期で前記サーバに対し「時刻送信要求」をネットワーク経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておき、
前記サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けた時刻（ｔ２１）とサーバ自身の現在時刻（ｔ２２）を当該ユニットに対してネットワーク経由で送信し、
前記ユニットは、サーバから時刻（ｔ２１）と（ｔ２２）を受信したときの時刻（ｔ１２）を取得し、ユニットとサーバそれぞれの理論上の中心時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）を算出し、時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）の差分（ｔ１３−ｔ２３）を時刻のずれとして算出し、この時刻のずれでユニット自身の内部時計を補正することを特徴とする。

（２）マスタになるサーバとスレーブになる多数のユニットとの間をネットワーク接続したマスタ・スレーブ方式のデータ処理システムにおける各ユニット間の時刻を同期させる時刻同期方法であって、
前記サーバと各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報をそれぞれの内部時計に設定してサーバおよびユニット間の時刻同期を得ておき、
前記各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときに、一定周期で前記サーバに対し「時刻送信要求」をネットワーク経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておき、
前記サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けたとき、サーバ自身の現在時刻（ｔ２３）を当該ユニットに対してネットワーク経由で送信し、
前記ユニットは、送信した時刻（ｔ１１）とサーバから現在時刻を受信したときの時刻（ｔ１２）とから理論上の中心時刻（ｔ１３）までの時間差（ｄ１）を算出し、サーバの現在時刻（ｔ２３）に時間差（ｄ１）を加算してユニット自身の内部時計を補正することを特徴とする。
（３）前記サーバは、前記ユニットから前記「時刻送信要求」を受け付け、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能の状態にあるとき、サーバ自身の現在時刻を取得し、この現在時刻を全ユニットに一斉同報で送信し、
前記各ユニットは、前記サーバから受信した現在時刻にユニット自身の内部時計を設定することを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、サーバおよび各ユニットはそれぞれＧＰＳからの時刻情報を取得して時刻同期を可能としておき、ユニットのみがＧＰＳによる時刻同期が不能になったときはサーバがＧＰＳから得る時刻情報を基にサーバとのネットワーク通信で時刻同期を得るようにし、さらにサーバもＧＰＳから時刻情報をえられない場合にはサーバの内部時計の時刻情報を全ユニットに一斉同報することで時刻同期を得るようにしたため、何らかの影響によりＧＰＳでの時刻同期が不能になった場合に、ユニットとサーバ間のネットワーク通信により時刻同期を得ることができる。しかも、サーバにおける時刻同期処理は、ユニットからの時刻送信要求の受信に対してサーバ自身の現在時刻などのみを当該ユニットに送信すればよく、時刻同期処理の大部分がユニット側で行うことになり、サーバの負担を軽減することができる。

（実施形態１）
本実施形態を実現するためのシステム構成としては、図６のマスタ・スレーブ方式において、マスタ１としてのサーバおよび各スレーブ２Ａ〜２ＸとしてのユニットにそれぞれＧＰＳ受信機を設け、サーバおよび各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報を基にしてユニット間の時刻同期を可能としておき、この状態で、マスタはＧＰＳからの時刻情報取得が可能であるが、ユニットがＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときにサーバとユニットとのイーサネット通信により時刻同期機能を確保する。

図１はサーバと各スレーブの協動処理による時刻同期のフローチャートを示し、サーバと各ユニットにおける時刻同期のための時刻関係を図２に示す。これらを参照して時刻同期方法を以下に詳細に説明する。

各ユニットは、ＧＰＳを利用した時刻同期が可能であると判定したとき（Ｓ１）、ＧＰＳから受信した時刻を内部時計として設定し、ユニット間の時刻同期を確保する（Ｓ２）。

各ユニットは、ＧＰＳを利用した時刻同期が不能となったとき、一定周期でサーバに対し「時刻送信要求」をイーサネット経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておく（Ｓ３）。

サーバは、「時刻送信要求」を受け付けた時刻（ｔ２１）を保存後、サーバ自身の現在時刻を取得し、当該ユニットへ返送するときの時刻を（ｔ２２）として保存し、時刻（ｔ２１）と（ｔ２２）をユニットに対して送信する（Ｓ４）。

ユニットでは、サーバから現在時刻を受信したときの時刻（ｔ１２）を取得して保存し（Ｓ５）、次いで図２に示す演算式に従い、ユニット、サーバそれぞれの理論上の中心時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）を算出する（Ｓ６、Ｓ７）。

ユニットでは、時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）の差分がユニット・サーバ間の理論上の中心時刻のずれ（ｔ１３−ｔ２３）として算出し（Ｓ８）、この時刻のずれでユニット自身の内部時計を補正して時刻同期を得る（Ｓ９）。

したがって、ユニットがＧＰＳによる時刻同期が不能になった場合、当該ユニットはＧＰＳによる時刻情報取得が可能なサーバとのイーサネット通信によって、ＧＰＳによる時刻同期を得ることができる。しかも、サーバにおける時刻同期処理は、ユニットからの時刻送信要求を受信したときの時刻ｔ２１とサーバ自身の現在時刻ｔ２２を当該ユニットに送信し、時刻同期処理の大部分はユニット側で行うことになり、サーバの負担を軽減することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１と同様に、サーバおよび各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報を基にしてユニット間の時刻同期を可能としておき、この状態で、マスタはＧＰＳからの時刻情報取得が可能であるが、ユニットがＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときにサーバとユニットとのイーサネット通信により時刻同期機能を確保する。

図３はサーバと各スレーブの協動処理による時刻同期のフローチャートを示し、サーバと各ユニットにおける時刻同期のための時刻関係を図４に示す。これらを参照して時刻同期方法を以下に詳細に説明する。

実施形態１と同様に、各ユニットは、ＧＰＳを利用した時刻同期が可能であると判定したとき（Ｓ１１）、ＧＰＳから受信した時刻を内部時計として設定し、ユニット間の時刻同期を確保し（Ｓ１２）、ＧＰＳを利用した時刻同期が不能となったとき、一定周期でサーバに対し「時刻送信要求」をイーサネット経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておく（Ｓ１３）。

サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けたとき、サーバ自身の現在時刻（ｔ２３）をユニットに対し返送する（Ｓ１４）。

ユニットは、サーバから現在時刻を受信したときの時刻（ｔ１２）を取得して保存する（Ｓ１５）。次いで、図４に示す演算式に従い、その理論上の中心時刻（ｔ１３）までの時間差（ｄ１）を算出する（Ｓ１６）。最後に、理論上の中心時刻（ｔ１３）とサーバの現在時刻が一致しているという仮定の下に、ユニット側では受信したサーバの現在時刻（ｔ２３）に時間差（ｄ１）を加算して自ユニットの現在時刻を設定しなおし、時刻同期を得る（Ｓ１７）。

したがって、本実施形態においても、ユニットがＧＰＳによる時刻同期が不能になった場合、当該ユニットはＧＰＳによる時刻情報取得が可能なサーバとのイーサネット通信によって、ＧＰＳによる時刻同期を得ることができる。また、サーバにおける時刻同期処理は、ユニットからの時刻送信要求を受信したときにサーバ自身の現在時刻ｔ２２を当該ユニットに送信するのみで済み、サーバの負担を軽減することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１、２と同様に、サーバおよび各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報を基にしてユニット間の時刻同期を可能とする。本実施形態が実施形態１、２と異なるのは、マスタおよびユニットが共にＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときにサーバとユニットとのイーサネット通信により時刻同期機能を確保する点にある。

図５はサーバと各スレーブの協動処理による時刻同期のフローチャートを示す。実施形態１または２と同様に、ユニットがＧＰＳからの時刻情報取得が不能な状態になり、サーバに時刻送信要求を送信し、これをサーバが受信したとき、サーバは自身がＧＰＳからの時刻情報取得が可能か否かをチェックする（Ｓ２１）。このチェックで、サーバは自身がＧＰＳからの時刻情報取得が可能であれば、サーバはＧＰＳから取得した時刻情報を当該ユニットに送信する。この情報を送信されたユニットがＧＰＳからの時刻情報を内部時計として設定し、ＧＰＳ時刻情報による時刻同期を得る（Ｓ２２）。

一方、ユニットとサーバが共にＧＰＳでの時刻同期が不能になった場合（Ｓ２１）、サーバは自身の現在時刻（ｔ２３）をイーサネットの一斉同報で全ユニットに対して送信する（Ｓ２３）。この時刻（ｔ２３）を受信した各ユニットは、自身の現在時刻を時刻（ｔ２３）に再設定し（Ｓ２４）、各ユニット間では、サーバの時刻を基準とした時刻同期を得る。

したがって、本実施形態は、実施形態１、２と同様に、ユニットがＧＰＳにより時刻情報を取得不能になった場合にはサーバとのイーサネット通信によって時刻同期を得ることができる。これに加えて、本実施形態では、ユニットとサーバが共にＧＰＳからの時刻情報取得が不能になった場合にもサーバの時計による時刻同期機能を確保できる。この場合も、サーバの処理は自身がＧＰＳ同期不能か否かのチェックと、自身の現在時刻を全ユニットへ一斉同報で送信するのみで済み、その負担を軽減できる。

本発明の実施形態１を示す時刻同期のフローチャート。 実施形態１の時刻関係。 本発明の実施形態２を示す時刻同期のフローチャート。 実施形態２の時刻関係。 本発明の実施形態３を示す時刻同期のフローチャート。 マスタ・スレーブ方式のシステム構成図。 ＧＰＳ方式のシステム構成図。

符号の説明

１ マスタ
１Ａ 内部時計
２Ａ、２Ｘ スレーブ
３ ＧＰＳ受信機
４ 時刻配分器
５Ａ、５Ｂ、５Ｎ 端末装置

Claims (3)

1. マスタになるサーバとスレーブになる多数のユニットとの間をネットワーク接続したマスタ・スレーブ方式のデータ処理システムにおける各ユニット間の時刻を同期させる時刻同期方法であって、
   前記サーバと各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報をそれぞれの内部時計に設定してサーバおよびユニット間の時刻同期を得ておき、
   前記各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときに、一定周期で前記サーバに対し「時刻送信要求」をネットワーク経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておき、
   前記サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けた時刻（ｔ２１）とサーバ自身の現在時刻（ｔ２２）を当該ユニットに対してネットワーク経由で送信し、
   前記ユニットは、サーバから時刻（ｔ２１）と（ｔ２２）を受信したときの時刻（ｔ１２）を取得し、ユニットとサーバそれぞれの理論上の中心時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）を算出し、時刻（ｔ１３）と（ｔ２３）の差分（ｔ１３−ｔ２３）を時刻のずれとして算出し、この時刻のずれでユニット自身の内部時計を補正することを特徴とするデータ処理システムの時刻同期方法。
2. マスタになるサーバとスレーブになる多数のユニットとの間をネットワーク接続したマスタ・スレーブ方式のデータ処理システムにおける各ユニット間の時刻を同期させる時刻同期方法であって、
   前記サーバと各ユニットは、通常時にはＧＰＳからの時刻情報を個々に受信し、この時刻情報をそれぞれの内部時計に設定してサーバおよびユニット間の時刻同期を得ておき、
   前記各ユニットは、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能になったときに、一定周期で前記サーバに対し「時刻送信要求」をネットワーク経由で送信し、そのときの内部時計の時刻（ｔ１１）を保存しておき、
   前記サーバは、ユニットから「時刻送信要求」を受け付けたとき、サーバ自身の現在時刻（ｔ２３）を当該ユニットに対してネットワーク経由で送信し、
   前記ユニットは、送信した時刻（ｔ１１）とサーバから現在時刻を受信したときの時刻（ｔ１２）とから理論上の中心時刻（ｔ１３）までの時間差（ｄ１）を算出し、サーバの現在時刻（ｔ２３）に時間差（ｄ１）を加算してユニット自身の内部時計を補正することを特徴とするデータ処理システムの時刻同期方法。
3. 前記サーバは、前記ユニットから前記「時刻送信要求」を受け付け、ＧＰＳからの時刻情報取得が不能の状態にあるとき、サーバ自身の現在時刻を取得し、この現在時刻を全ユニットに一斉同報で送信し、
   前記各ユニットは、前記サーバから受信した現在時刻にユニット自身の内部時計を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ処理システムの時刻同期方法。
   

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