JP2006517358A - パケット化されたネットワーク上でリファレンスクロックの配信手段を提供する方法 - Google Patents

Abstract

パケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法を開示する。前記パケットネットワークは、マスターノードと２つのスレーブノードとを具備し、マスターノードと各スレーブノードとは基準クロックを有する。送信部は、タイムスタンプを付与された同期パケットを２つのスレーブノードに送信するとともに、受信部はスレーブノードで同期パケットを受信し、且つ、前記マスターノード内の基準クロックでスレーブノード内の基準クロックを同期させる。複数のリファレンスクロックは、マスターノードの基準クロックと関連したリファレンスクロックを示す数値情報を生成する。各スレーブノード内の基準クロックは、タイムスタンプを付与された同期パケットを利用することでマスターノード内の前記基準クロックと同期する。前記１または２以上のリファレンスクロックが、前記数値情報を利用することで、前記スレーブノードで復元される。

Description

本発明は、デジタル通信分野に関する。より具体的には、本発明は、パケットネットワーク上で優れた性質のクロックを配信する方法に関する。

この出願は、２００３年２月２０日に出願された米国仮出願番号６０／４４８，７３８の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の利益を主張するもので、その内容はこの引用により組み込まれる。

ＴＤＭ（時分割多重）ネットワーク上において以前提供されていた通信サービスを、パケットネットワーク上において提供することへの関心が高まっている。これらの大部分の通信サービスは同期クロックを必要としている。その同期クロックは、ＴＤＭネットワークの物理層に備えられているのと同様には、パケットネットワークの物理層に備えられない。パケットネットワーク上の同期への様々なアプローチが提案されており、且つ、標準化されてきた（特に、ＮＴＰ及びＩＥＥＥ Ｓｔｄ １５８８を参照）が、これらの方法は、通常、ただ１つのリファレンス日時を配信するものである。このことは、ある程度の周波数の精度で各々の接続が可能であり、それ故、複数の接続には複数のリファレンスクロックが必要であった、独立同期のＴＤＭネットワーク接続においてかつて動作していたサービスには適合しないことがある。以前との互換性のために、将来、この、複数のリファレンスクロックがパケットネットワークでサポートされることが望まれている。この問題への強力なアプローチは、適応クロック回復を使用し、それが不足しているパケットの割合を平均することによりビットクロックを計算しようとするものである。適応クロック回復は、パケット損失の問題を克服するためにタイムスタンプとパケットシーケンスナンバーが使用される時であっても、性能を低下させる傾向がある。

パケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法が開示される。この方法は、ノードごとにただ１つの“基準クロック”を使用する。すなわち、１つのマスターノードに対する各スレーブノードにおいて、この“基準クロック”は同期している。マスターノードは、また、マスター基準クロックと関連する多数のリファレンスクロックを数値的にエンコードすることも行う。それぞれのスレーブノードにおいて、そのスレーブノードの基準クロックはマスター基準クロックと同期した状態で、且つ、マスターの基準クロックに関するリファレンスクロックを示す数値情報を持った状態で、リファレンスクロックを高い精度で再構築することが可能となる。

このように、ある構成によれば、本発明はパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法である。この方法は、マスターノード内と１または２以上のスレーブノード内とに基準クロックを有し、マスターノード内の基準クロックと関連する複数のリファレンスクロックをエンコードすることにより、マスターノード内の基準クロックと関連したリファレンスクロックを示す数値情報を生成するステップと、タイムスタンプを付与された同期パケットを利用して前記マスターノード内の前記基準クロックとそれぞれの前記スレーブノード内の前記基準クロックとを同期させるステップと、前記スレーブノードで前記１または２以上のリファレンスクロックを、前記マスターノード内の前記基準クロックに関連する前記リファレンスクロックを示す前記数値情報を利用することで復元するステップとを有する。

他の構成によれば、本発明は、マスターノードと１または２以上のスレーブノードとを具備し、前記マスターノードと前記スレーブノードとは基準クロックを有し、前記マスターノード内の前記基準クロックと関連する複数のリファレンスクロックを数値的にエンコードすることにより、前記マスターの基準クロックと関連した前記リファレンスクロックを示す数値情報を生成する手段と、タイムスタンプを付与された同期パケットを前記１または２以上のスレーブノードに送信する送信部と、スレーブノードで前記タイムスタンプを付与された同期パケットを受信し、且つ、前記マスターノード内の前記基準クロックで前記スレーブノード内の前記基準クロックを同期させる受信部と、スレーブノードで前記マスターの基準クロックに関連する前記リファレンスクロックを示す前記数値情報を利用することで前記リファレンスクロックを復元する手段とを具備するパケットネットワークである。

ここに開示した方法を使用することで多くの利点がある。本発明の方法は、既存のネットワーク上で、ハブ、スイッチ、及びルータを独自に改造することなく動作する。将来、リファレンスクロックごとに最小帯域幅を用いることにより効率的に複数のリファレンスクロックをエンコードすることが可能である。更に、複数のリファレンスクロックが存在する場合、適応クロック回復方法よりも優れた性能を提供する。ソースノードに多数のＴ１線またはＥ１線が入力されており、各ソースノードが自身の初期リファレンスクロックを有している場合に、前述のような状況が起こる可能性がある。

本発明の他の構成及び本発明の実施形態における他の利点は、以下に記載されている説明を精査することで通常の当業者に容易に理解される。

ここで、本発明の実施形態を、以下の添付の図面とともに説明する。
図１は、ネットワークに配信されるクロックの全体的な図である。
図２は、マスターローカル時間に対するマスターＤＣＯを示す図である。

本発明は、単に説明上の例として理解される、本発明のある特定の代表的な実施形態と、構成要素と、装置と、処理ステップとをここに詳細に記載する。特に本発明は、ここで明確に記載された、方法、構成要素、状態、処理パラメータ、装置等に限定されるものではない。

図１は、２つのスレーブノードと１つのリファレンスクロックとからなる簡単な構成を示す図である。スレーブノードＱの基準クロックであるローカル発振器は、マスターノードＰの基準クロックであるローカル発振器を特徴としている。これらのローカル発振器は、費用対効果のトレードオフをより良く行う環境を提供し、更に高額な発振器は更に優れた性能を備える。

図１には、あるリファレンスクロックである“クロックＡ”が示されている。一連の整合の演算が行われる。

整合１：リファレンスクロック対マスターＤＣＯ

前記マスターノードのＰＰＬＬブロックのＤＣＯは、デジタルＰＬＬの標準的なやり方に沿って、前記入力リファレンスクロックＡに固定される。即ち、ＰＩ制御部は、マスターＤＣＯ（取得ＰＬＬ）をリファレンスクロックに固定する。

整合２：マスターＤＣＯ対マスターローカル時間

前記マスターのＤＣＯ傾斜はそのローカル時間の関数としての鋸歯の図形を描くとともに、リファレンスクロックの位相とリファレンスクロックの周波数との両方を明確に表現する（図２）。

前記Ｐ−ＰＬＬにおいて、前述のＤＣＯの位相は、ソフトウェア上、ＤＣＯ位相のラッピングが頻繁に発生しすぎることを防ぐための十分なリーディング(leading）ビットを用いて拡張される（破線）。それ故、マスターにおいて、ローカルソフトウェアは破線のサンプルを抽出する。この線は、簡単な式で表現される。

前記マスターのソフトウェアは、十分なサンプリングとカーブフィッティングとによって定数Ｍ_０，_１を連続的に決定する。ＭＯはローカル時間ｔ_Ｍ＝０における前述のＤＣＯの絶対位相を示す。ＭＩは、マスターの前述の基準クロック（ローカル時間）に関連して測定された、ＤＣＯの周波数を示す。２つのＭ定数は、マスターのローカル発振器基準クロック（ローカル時間）とリファレンスクロックに固定されたマスターＤＣＯの傾斜の間の関係を明白に示している。これらの定数は、対の状態でスレーブノードに転送される。リファレンスクロックは、このように、マスター基準クロックに関して数値的にエンコードされる。

整合３：マスターのローカル時間対スレーブのローカル時間

前述の、マスターとスレーブのローカル時間は関連性が無く、且つ、このように、わずかな相互の周波数オフセットが存在する。このことが、タイムスケールの互いの相対的なずれをもたらす。発振器が適切に固定される場合、このずれはあまり変化しない。（放送イベントとして参照される）放送方式、または、ＮＴＰのようなプロトコルを用いる時、マスター基準クロックとスレーブ基準クロックと（２つのローカル時間領域）の間の整合は以下に示される。

これらの定数はスレーブでのカーブフィッティングによって決定される。それらは、マスター基準クロック（ローカルマスター時間）とスレーブ基準クロック（ローカルスレーブ時間）との間の関係を明白に示している。マスターにおけるいかなる事象（例えば、クロックエッジ(clock edge)）も、今、上式を用いたスレーブに同時刻に伝えることが可能になる。

整合４：スレーブのローカル時間対スレーブＤＣＯ

前述のマスターのＭ定数をスレーブに送信することにより、下記の２番目の式を代用することで、スレーブはマスターＤＣＯの傾斜をスレーブにおいて正確に復元することができる。

その結果、上記の個々の４つの整合の全てが一義的に整合される。このことは、また、マスターのクロックの位相とスレーブのクロックの位相の整合が取れた（固定された）ことも意味する。

もし、マスターにおいて複数の取得ＤＣＯが設けられているならば、複数のリファレンスクロックがエンコードされるような拡張が見られても良い。各リファレンスクロックには、そのリファレンスクロックに対する１対のＭ定数を転送するためのパケットトラフィックの負荷がかかる。１対のＭ定数が送信されるべき割合は、基準クロックの安定性に関連し、且つ、基準クロックに対応したリファレンスクロックの変動の遅さに関連している。

上記本発明の範囲内で、多数の変形例が存在する。上記パケットネットワークは（１０Ｍｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓ、１Ｇｂｐｓ等、物理層での様々な転送速度における）イーサネット（登録商標）、８０２．１１のような無線パケットネットワーク、ＡＴＭ、フレームリレー、または、その他のいかなる標準規格か、あるいは独自仕様のパケットネットワークでも良い。パケットネットワークは、優先度、及びＱｏＳ（Quality of Service）／ＣｏＳ（Class of Service）の機構を搭載してもしなくてもどちらでも良い。

上述の基準クロックは、オーブン加熱水晶発振器（ovenized crystal oscillator）、温度保障型水晶発振器(temperature compensated crystal oscillator)、（時刻と日付の）リアルタイムクロック、または用途に合った精度と安定性を持っているその他のいかなる発振器でも良い。

上述のスレーブ基準クロックは、ＮＴＰ(Network Time Protocol)、ＳＮＴＰ(Simple Network Time Protocol)、ＰＴＰ(Precise Time Protocol)を通して、マスター基準クロックと同期しても良く、または、マスター基準クロックと比較しても良い。

リファレンスクロック情報を含んだパケットの送信は、これから先も、リファレンスクロックの変動の遅さを調節するための十分な帯域幅が提供されている場合はパケットネットワークの負荷を最小にするように選択された通常のプリセット間隔で行っても良く、または、“ノイズ型”転送の特色を持つ他のパケットネットワークのいかなる反復的なパターンも回避するために選択された擬似乱数間隔で行っても良く、または、リファレンスクロック内の変動の遅さについての、上述の取得ＤＰＬＬで集められた情報に基づいた自動構成可能な間隔で行っても良い。

添付の特許請求の範囲で定義された技術思想と範囲とから逸脱しない多数の変更が可能である。

ネットワークに配信されるクロックの全体的な図である。 マスターローカル時間に対するマスターＤＣＯを示す図である。

符号の説明

Ａ クロック
Ｂ クロック
Ｐ マスターノード
Ｑ マスターノード

Claims (10)

1. マスターノード内と１または２以上のスレーブノード内とに基準クロックを有し、
   前記マスターノード内の前記基準クロックと関連する複数のリファレンスクロックをエンコードすることにより、前記マスターノード内の前記基準クロックと関連した前記リファレンスクロックを示す数値情報を生成するステップと、
   タイムスタンプを付与された同期パケットを利用して前記マスターノード内の前記基準クロックとそれぞれの前記スレーブノード内の前記基準クロックとを同期させるステップと、
   前記スレーブノードで前記１または２以上のリファレンスクロックを、前記マスターノード内の前記基準クロックに関連する前記リファレンスクロックを示す前記数値情報を利用することで復元するステップと
   を有することを特徴とするパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法。
2. 各スレーブ基準クロックは、前記マスター基準クロックと同期することを特徴とする請求項１に記載のパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法。
3. 各スレーブ基準クロックは、ＰＬＬを用いて前記マスター基準クロックと同期することを特徴とする請求項２に記載のパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法。
4. 前記リファレンスクロックはパケット内でエンコードされることを特徴とする請求項１に記載のパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法。
5. エンコードされたリファレンスクロックを含む前記パケットは、通常の間隔で送信されることを特徴とする請求項４に記載のパケットネットワーク上で多数のリファレンスクロックを配信する方法。
6. 基準クロックをそれぞれ有するマスターノードと１または２以上のスレーブノードとを具備し、
   前記マスターノード内の前記基準クロックと関連する複数のリファレンスクロックを数値的にエンコードすることにより、前記マスターの基準クロックと関連した前記リファレンスクロックを示す数値情報を生成する手段と、
   タイムスタンプを付与された同期パケットを前記１または２以上のスレーブノードに送信する送信部と、
   スレーブノードで前記タイムスタンプを付与された同期パケットを受信し、且つ、前記マスターノード内の前記基準クロックで前記スレーブノード内の前記基準クロックを同期させる受信部と、
   スレーブノードで前記マスターの基準クロックに関連する前記リファレンスクロックを示す前記数値情報を利用することで前記リファレンスクロックを復元する手段と
   を具備することを特徴とするパケットネットワーク。
7. 各スレーブ基準クロックは、前記マスター基準クロックと同期することを特徴とする請求項６に記載のパケットネットワーク。
8. 各スレーブ基準クロックは、ＰＬＬを用いて前記マスター基準クロックと同期することを特徴とする請求項７に記載のパケットネットワーク。
9. 前記リファレンスクロックはパケット内でエンコードされることを特徴とする請求項６に記載のパケットネットワーク。
10. エンコードされたリファレンスクロックを含む前記パケット内は通常の間隔で送信されることを特徴とする請求項９に記載のパケット。

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