JP2007174681A - 装置の内部非対称遅延によって生じる不正確な時間的同期の補正方法およびシステム - Google Patents
装置の内部非対称遅延によって生じる不正確な時間的同期の補正方法およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ローカルクロックを有する装置において、装置の内部非対称遅延によって生じる不正確な時間的同期を補正するための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】装置300内部の非対称な遅延によって生じる不正確な時間的同期を回避する時間同期化法を開示する。本開示内容による時間同期化は、装置300内のインバウンドタイミングパケット40の内部遅延と装置300内のアウトバウンドタイミングパケット42の内部遅延との間における非対称性を求めることと、この非対称性に応答して時間的同期を補正することと、を含む。
【選択図】図2
【解決手段】装置300内部の非対称な遅延によって生じる不正確な時間的同期を回避する時間同期化法を開示する。本開示内容による時間同期化は、装置300内のインバウンドタイミングパケット40の内部遅延と装置300内のアウトバウンドタイミングパケット42の内部遅延との間における非対称性を求めることと、この非対称性に応答して時間的同期を補正することと、を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、一般に、ローカルクロックを備えた装置に関し、特に、装置の内部非対称遅延によって生じる不正確な時間的同期の補正に関する。
様々な装置が、時刻を維持するローカルクロックを包含することができる。ローカルな時刻クロックを備える装置の例には、コンピュータシステム、試験装置、産業用制御装置、環境制御装置、及び家庭用電気製品が含まれる。
時間同期化プロトコルを使用することにより、装置内のローカルクロックを同期化することができる。時間同期化プロトコルは、装置が通信リンクを介して基準時間源とタイミング情報を交換するタイプのものであってよい。交換されたタイミング情報を使用することにより、ローカルクロックと基準時間源の間の相対的な時間差を示すクロックオフセットが求められる。例えば、IEEE1588の時間同期化プロトコルは、通信リンクを介したタイミングパケットの交換を含む。
例えば、IEEE1588の時間同期化プロトコルなどの時間同期化プロトコルは、その時間同期化計算を、ローカルクロックと基準クロックとの間で交換されるタイミングパケットが対称な遅延を経験するという仮定に基づいている。ローカルクロックから基準クロックへのタイミングパケットの転送における遅延が、基準クロックからローカルクロックへのタイミングパケットの転送における遅延と等しい場合に、タイミングパケットは、対称な遅延を経験することになる。残念ながら、装置の内部構造及び機能に起因して、インバウンドタイミングパケットとアウトバウンドタイミングパケットの遅延の間に非対称性が導入される可能性がある。例えば、インバウンドタイミングパケットを処理する装置内のコンポーネント及びデータ経路は、アウトバウンドタイミングパケットを処理する装置内のコンポーネント及びデータ経路と比べて、より大きな遅延を導入する可能性がある(或いは、この逆も可能性がある)。装置内のインバウンドタイミングパケットとアウトバウンドタイミングパケットとの間の非対称な遅延は、時間同期化の精度を低下させる可能性がある。
装置内部の非対称な遅延によって生じる不正確な時間的同期を回避する時間同期化法を開示する。本開示内容による時間同期化は、装置内のインバウンドタイミングパケットの内部遅延と装置内のアウトバウンドタイミングパケットの内部遅延との間における非対称性を求めることと、この非対称性に応答して時間的同期を補正することと、を含む。
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の詳細な説明を参照することにより、明らかとなろう。
本発明は、その特定の模範的な実施例に関して記載され、したがって以下に添付の図面が参照される。
図1は、インバウンド及びアウトバウンドタイミングパケットの処理における内部非対称遅延を具備した装置300を示している。装置300は、通信リンク100を介してタイミングパケットを送受信することにより、ローカルクロック110内の時間的な同期を維持するプロセッササブシステム118を含んでいる。一実施例においては、プロセッササブシステム118は、IEEE1588の時間同期化プロトコルに従ってローカルクロック110を同期化している。
装置300は、物理インターフェース(PHY:Physical Interface)114と媒体アクセスコントローラ(MAC:Media Access Controller)112を含んでいる。プロセッササブシステム118は、通信リンク100を介した通信用のネットワークプロトコルスタックを提供するコードを含んでいる。
PHY114は、通信リンク100の第1の部分102を介してインバウンドタイミングパケット40を受信し、このインバウンドタイミングパケット40をインバウンドデータ経路310及びMAC112を介してプロセッササブシステム118にルーティングしている。装置300は、インバウンドデータ経路310上においてインバウンドタイミングパケット40を検出するとタイムスタンプを生成するタイミングパケット認識装置116を含んでおり、このタイムスタンプは、ローカルクロック110用のクロックオフセットを求めるための計算に使用される。
プロセッササブシステム118は、アウトバウンドタイミングパケット42を生成し、このアウトバウンドタイミングパケット42をMAC112及びアウトバウンドデータ経路312を介してPHY114にルーティングしている。PHY114は、このアウトバウンドタイミングパケット42を通信リンク100の第2の部分104を介して伝送する。タイミングパケット認識装置116は、アウトバウンドデータ経路312上においてアウトバウンドタイミングパケット42を検出するとタイムスタンプを生成し、このタイムスタンプも、ローカルクロック110用のクロックオフセットを求めるために使用される。
装置300の内部構造及び機能によって、装置300内のインバウンド及びアウトバウンドタイミングパケット40及び42の処理に非対称な遅延が生じる。例えば、PHY114は、アウトバウンドタイミングパケット42を処理する時と比べて、インバンドタイミングパケット40を処理する際に、より大きな遅延を導入する可能性がある(或いは、この逆も可能性がある)。別の例において、インバウンドタイミングパケット40が、装置300と通信リンク100の接続のポイントから、インバウンドデータ経路310上のポイント(ここで、インバウンドタイミングパケットはパケット認識装置116によって検出される)に移動する際の遅延は、アウトバウンドタイミングパケット42が、アウトバウンドデータ経路312上のポイント(ここで、アウトバウンドタイミングパケットはタイミングパケット認識装置116によって検出される)から、装置300が通信リンク100に接続しているポイントに移動する際の遅延と異なる可能性がある。インバウンド及びアウトバウンド遅延におけるこれらの非対称性は、タイミングパケット認識装置116によって生成されるタイミングスタンプ内に反映されている。
本技法は、装置300内のインバウンドタイミングパケット40が経験する遅延と装置300内のアウトバウンドタイミングパケット42が経験する遅延との間における非対称性(即ち、差)を求めることと、この非対称性を使用してローカルクロック110の時間的同期を補正することと、を含んでいる。
装置300の実施例は、コンピュータシステム、試験装置、産業用制御装置、環境制御装置、家庭用電気製品などを含んでいる。
図2は、本開示内容に従って、装置300内のインバウンドタイミングパケットが経験する遅延と装置300内のアウトバウンドタイミングパケットが経験する遅延との間における非対称性を求める技法を例示している。この技法において、装置300は、通信リンク100を介して標準クロック108とタイミングパケットを交換することにより、ローカルクロック110を同期化している。装置300及び標準クロック108は、タイミングパケットの送信及び受信時間を測定し、装置300は、IEEE1588の時間同期化プロトコルに従って、タイミングパケットと測定された送信及び受信時間に応答してローカルクロック110に対するクロックオフセットを決定している。
標準クロック108は、プロセッササブシステム128、PHY120、MAC122、ローカルクロック124、及びタイミングパケット認識装置126を含んでいる。PHY120は、通信リンク100の第2の部分104を介してタイミングパケットを受信し、受信したタイミングパケットをインバウンドデータ経路322及びMAC122を介してプロセッササブシステム128にルーティングしている。タイミングパケット認識装置126は、インバウンドデータ経路322上において搬送されるタイミングパケットを検出するとタイムスタンプを生成する。プロセッササブシステム128は、タイミングパケットを生成し、このタイミングパケットをMAC122及びアウトバウンドデータ経路320を介してPHY120にルーティングする。PHY120は、プロセッササブシステム128から得られたタイミングパケットを通信リンク100の第1の部分102を介して伝送する。タイミングパケット認識装置126は、アウトバウンドデータ経路320上においてタイミングパケットを検出するとタイムスタンプを生成する。
一実施例において、選択された標準クロック108の内部構造および機能を設計して実装することにより、標準クロック108内部のタイミングパケットの処理において既定量を下回る非対称な遅延をもたらす。この既定量は、必要とされる時間同期化の精度を考えると、無視可能な非対称性とすることができる。例えば、装置300から受信したタイミングパケットのPHY120内における遅延が、プロセッササブシステム128によって生成されるタイミングパケットのPHY120内における遅延と実質的に等しくなるように、PHY120を実装することができる。更に、タイミングパケット認識装置126の検出ポイントへの伝播遅延が、判明するか、或いは、実質的に対称となるように、インバウンド及びアウトバウンドデータ経路322及び320を実装することも可能である。
前述のように、一旦標準クロック108及び装置300が、時間同期化プロトコルを使用したローカルクロック110内の時刻をローカルクロック124内の時刻に同期化すると、標準クロック108は既知の又は無視可能な内部遅延の非対称性を具備しているため、ローカルクロック124とローカルクロック110との間の時間差は、装置300内における内部遅延の非対称性を示すことになる。
通信リンク100の第1及び第2の部分102及び104上における伝播遅延の非対称性が実質のないものとなるように、通信リンク100を実装することができる。例えば、必要とされる時間同期化の精度を考えた場合、伝播遅延の非対称性を無視できるほどに、通信リンク100の長さL1を短縮することができる。例えば、伝送ライン長を較正することにより、第1及び第2の部分102及び104内における非対称性が実質のないものとなるように、通信リンク100を設計及び構築することができる。第1及び第2の部分102及び104における非対称性が判明し、且つ、これを時間調節値の計算に取り入れられるように、通信リンク100を較正することができる。
ローカルクロック124のタイミング特性330とローカルクロック110のタイミング特性332を測定することにより、ローカルクロック124とローカルクロック110との間の差を測定できる。タイミング特性の一例が、例えば、ローカルクロック124及びローカルクロック110によって生成されるPPS(パルス/秒)信号などのセカンズバウンダリ(seconds boundary)である。タイミング特性330及び332は、測定器340を使用して測定することができる。測定器340は、高精度を示す様々な測定器の中の1つ(例えば、時間及び周波数アナライザなど)であってよい。
標準クロック108には、タイミングパケットを処理する際のその内部遅延における非対称性を測定する較正手順を適用することができる。測定された非対称性は、ローカルクロック110用のクロックオフセット計算に取り入れることができる。
図3は、本開示内容に従って、装置300内のインバウンドタイミングパケットが経験する遅延と装置300内のアウトバウンドタイミングパケットが経験する遅延との間における非対称性を求める別の技法を例示している。この技法においては、対称型サンプラ210を使用して装置300内部の遅延を測定する。
対称型サンプラ210は、通信リンク100の第1の部分102をサンプリングし、且つ、通信リンク100の第2の部分104をサンプリングしている。通信リンク100に対する対称型サンプラ210の装着ポイント350及び352間の距離L2は、通信リンク100の第1の部分102と第2の部分104との間の伝播遅延の非対称性の影響を最小にするべく装置300に対して十分に近接するように、選択されている。或いは、この代わりに、第1及び第2の部分102及び104を較正することにより、伝播遅延の非対称性を除去することも可能である。
対称型サンプラ210は、タイミングパケットについて第1の部分102及び第2の部分104をそれぞれサンプリング(例えば、探知)する1対の入力回路230及び232を含んでいる。入力回路230は、タイミングパケットが第1の部分102上において検出されるとタイミングスタンプを生成する回路を含んでいる。入力回路232は、タイミングパケットが第2の部分104上において検出された際にタイムスタンプを生成する回路を含んでいる。入力回路230及び232は、タイムスタンプの測定における非対称性の発生を回避する実質的に類似したネットワーク入力回路を含むように設計及び構築されている。例えば、入力回路230及び232は、実質的に類似したPHY回路を包含することができる。入力回路230及び232は、対称型サンプラ210内のローカルクロック240を使用し、それぞれの個別のタイムスタンプを生成している。
タイミングパケット認識装置116は、アウトバウンドデータ経路312上にアウトバウンドタイミングパケット42を検出すると、タイムスタンプt1を生成する。入力回路232は、通信リンク100の第2の部分104上にアウトバウンドタイミングパケット42を検出すると、タイムスタンプt2を生成する。時間td1=t2−t1は、タイミングパケット認識装置116による検出と装着ポイント352との間の遅延である。
入力回路230は、通信リンク100の第1の部分102上にインバウンドタイミングパケット40を検出すると、タイムスタンプt3を生成する。タイミングパケット認識装置116は、インバウンドデータ経路310上にインバウンドタイミングパケット40を検知すると、タイムスタンプt4を生成する。時間td2=t4−t3は、装着ポイント350とタイミングパケット認識装置116による検出との間の遅延である。td1とtd2との間の差は、装置300内部における遅延の非対称性である。
対称型サンプラ210は、例えば、IEEE1588などの同期化プロトコルを使用して、ローカルクロック110とローカルクロック240を同期化させる時間同期化回路を含む。例えば、対称型サンプラ210内のプロセッサは、通信リンク100又は較正データ経路212を介して、プロセッササブシステム118とタイミングパケットを交換することができる。ローカルクロック240は、ローカルクロック110を駆動する同一の発振器信号により、駆動することができる。対称型サンプラ210は、プロセッササブシステム118がtd1とtd2の差を求め、この結果をローカルクロック110用のクロックオフセットを決定する際に使用できるように、タイムスタンプt2及びt3を、較正データ経路212を介してプロセッササブシステム118に転送する。
本発明の以上の詳細な説明は、例示を目的として提供したものであり、包括的であること、開示されている実施例そのままに本発明を限定することを意図したものではない。従って、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
40:インバウンドタイミングパケット
42:アウトバウンドタイミングパケット
100:通信リンク
102:第1の部分
104:第2の部分
108:標準クロック
110、240:ローカルクロック
210:対称型サンプラ
300:装置
330、332:タイミング特性
42:アウトバウンドタイミングパケット
100:通信リンク
102:第1の部分
104:第2の部分
108:標準クロック
110、240:ローカルクロック
210:対称型サンプラ
300:装置
330、332:タイミング特性
Claims (10)
- 装置内のインバウンドタイミングパケットの内部遅延と前記装置内のアウトバウンドタイミングパケットの内部遅延との間における非対称性を求めるステップと、
前記非対称性に応答して時間的同期を補正するステップと、
を含む、時間同期化方法。 - 前記非対称性を求めるステップが、
前記インバウンドタイミングパケットの内部遅延を測定するステップと、
前記アウトバウンドタイミングパケットの内部遅延を測定するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記インバウンドタイミングパケットの内部遅延を測定するステップが、
通信リンクの第1の部分上における前記インバウンドタイミングパケットに応答して第1のタイムスタンプを生成するステップと、
前記インバウンドタイミングパケットに応答して、前記装置内において第2のタイムスタンプを生成するステップと、
を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記アウトバウンドタイミングパケットの内部遅延を測定するステップが、
前記アウトバウンドタイミングパケットに応答して、前記装置内において第3のタイムスタンプを生成するステップと、
前記通信リンクの第2の部分上における前記アウトバウンドタイミングパケットに応答して第4のタイムスタンプを生成するステップと、
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記非対称性を求めるステップが、前記第1、第2、第3、及び第4のタイムスタンプに応答して前記非対称性を求めるステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記非対称性を求めるステップが、
既定量の内部遅延の非対称性を有する標準クロックとタイミングパケットの組とを交換することにより、前記装置内のローカルクロックを同期化するステップと、
前記ローカルクロック内の時間と前記標準クロック内の時間との差を求め、該差によって前記非対称性の指示を提供するステップと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記標準クロックとタイミングパケットの組とを交換するステップが、較正済みの通信リンクを介して前記標準クロックと前記タイミングパケットとを交換するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記ローカルクロック内の時間と前記標準クロック内の時間との差を求めるステップが、前記ローカルクロックのタイミング特性を前記標準クロックのタイミング特性と比較するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 装置内のインバウンドタイミングパケットの内部遅延と前記装置内のアウトバウンドタイミングパケットの内部遅延との間における非対称性を有する前記装置と、
前記内部遅延を測定し、該測定された内部遅延により、前記装置の時間的同期に対する補正を可能にする対称型サンプラと、
を備えている、時間同期化システム。 - 前記対称型サンプラが、前記装置内のローカルクロックと同期するローカルクロックを含む、請求項9に記載のシステム。
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