JP2010249594A

JP2010249594A - サーバ装置、日時生成装置および日時生成システム

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Publication number: JP2010249594A
Application number: JP2009097759A
Authority: JP
Inventors: Naomitsu Ishibashi; 直光石橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: JP5250468B2

Abstract

【課題】ＧＰＳのＷＮがロールオーバした場合の日時誤りを自システム単独で解決する。
【解決手段】日時生成部２２０をＧＰＳ受信部２２１とＷＮがロールオーバした場合の日時誤りを補正する日時補正部２２２から構成する。閏秒サーバ１００は閏秒とその閏秒の適用時期に対応するＷＮの組みを蓄え、また基地局装置とネットワークを介して接続している。閏秒サーバ１００は、任意のＷＮと閏秒の組みを与えられると、ロールオーバ回数を求める。日時補正部２２は、先ずＧＰＳ受信部２２１からのＷＮと閏秒を閏秒サーバ１００に送信し、対応するロールオーバ回数を受信する。次にこれをもとに正しく補正した日時を生成して基地局装置内に配信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーバ装置、日時生成装置および日時生成システムに係り、特にＧＰＳにより得られる日時情報を用いたサーバ装置、日時生成装置および日時生成システムに関する。

無線通信システムにおいて、基地局装置間の時刻同期は、ＧＰＳにより得られる日時情報を用いる。ＣＤＭＡ方式の無線通信システムであるＣＤＭＡ−Ｏｎｅの３ＧＰＰ２標準、Ｃ．Ｓ００３２−０（非特許文献１）の規定によれば、システムにおける基準時刻は、ＧＰＳ時刻と同じ１９８０年１月６日（日）０：００を起点とした時刻に同期している。無線通信システムでは、すべての無線セクタがこの時刻に同期している必要がある。よって、基地局装置は、ＧＰＳ受信機を備え、このＧＰＳ受信機によって基地局装置内に配信される日時情報をシステム時刻として利用する。

ＧＰＳにより得られる日時情報は、１９８０年１月６日０：００からの１週間を第０週として、以降、日曜日の０：００からの１週間を単位としてインクリメントする週番号（ＷＮ：Week number）と、日曜日０：００からの経過時間（週内時刻）により与えられる。このうちＷＮは、ＧＰＳ衛星より３０秒周期で放送される航法メッセージに含まれる１０ｂｉｔの値である。よってＷＮは、０から１０２３までの１０２４週間、すなわち約１９．６年間しか表現することができない。ＷＮは、１０２３までインクリメントすると、次週、０に戻る。これを周回と呼ぶ。なお、１９９９年８月２２日に１回目の周回が発生した。

したがって、日時情報を利用するＧＰＳ受信機は、受信機の設計時期や生産時期等、その受信機を利用開始する前の、それに近い時期の週のＷＮおよびそのＷＮに対応する年月日の固定値を持っている。ＧＰＳ受信機は、これを、日時を算出する起点とした１０２４週間に限りＧＰＳを用いて正しく日時情報を生成できるように設計されている。また一般的に、この期間を超過したＧＰＳ受信機は、ＷＮが日時を算出する起点として持っているＷＮに至ると、生成する日時情報も日時を算出する起点として持っている年月日に戻ってしまう。したがって、ＧＰＳ受信機は、以降、誤った日時情報を提供することとなる。ここで、ＷＮが、ＧＰＳ受信機が日時を算出する起点として持っているＷＮに至ることを、ＷＮのロールオーバ（Rollover）と呼ぶ。ＷＮがロールオーバに至ったＧＰＳ受信機は、日時を算出する起点として持っている固定値を更新するために、改修する等の処置が必要となる。
なお、一般的に、周回は、ロールオーバの訳語である。しかし、本明細書では、ＷＮが０に戻ることを周回と表現し、ＷＮが日時の算出の起点のＷＮ（０とは限らない）に戻ることをロールオーバと表現する。

特開２００２−０９０４４１号公報特開２０００−３５２５８３号公報

3GPP2、"Recommended Minimum Performance Standards for cdma2000 High Rate Packet Data Access Network"、C.S0032-0 v2.0、２００３年１２月１２日

ＧＰＳにより得られる日時情報を利用して基地局装置間の時刻を同期して通信を実現する無線通信システムを運営する事業者にとって、システムを構成するＧＰＳ受信機のＷＮのロールオーバは、問題がある。すなわち、すべての基地局のＧＰＳ受信機に何らかの改修作業を実施する必要が生じ、改修コストが必要である。また、無線通信システムは、通信インフラを担い、事業者は連続的にサービスを提供する社会的責任を負っている。ここで、ＧＰＳ受信機の改修という非定常作業は、何らかのシステムの潜在的不具合または作業者によるヒューマンエラーによるサービス中断のリスクを高める。

従来、ＷＮがロールオーバした場合であっても正しい日時情報を得る方法として、システムの外部から何らかの情報を取得し、これを用いてＧＰＳによる日時情報を補正する方法が提案されている。具体的には、特許文献１において、標準電波に基づく下２桁の西暦情報を利用して正しい西暦を認識する方法が提案されている。また、特許文献２において、ハードウェアスイッチによりＷＮのロールオーバ回数を設定する方法が提案されている。

標準電波による方法を無線通信システムに用いられるＧＰＳ受信機に適用する場合、各基地局は、標準電波を連続して良好に受信できることが必要である。一方、ハードウェアスイッチにより設定する方法は、人による設定操作を伴なう。このことから、ヒューマンエラーによる誤設定のおそれがあり、これを回避する何らかの工夫が必要である。

無線通信システムに用いられるＧＰＳ受信機において、サービスの信頼性を担保するため、こうしたシステムの外部からの情報の信頼性の影響を受ける方法ではなく、システム単独で完結できる方法を採用することが必要である。このような、システム単独で解決できる方法として、さらに特許文献２において、ＧＰＳ衛星から受信した閏秒情報に基づき過去の所定時点から現在までのＷＮ情報の周回数を算出する方法が提案されている。

ここで、ＧＰＳ衛星からの閏秒情報について概略を説明する。ＧＰＳにおける閏秒とは、世界協定時ＵＴＣ（Universal Time Coordinated）とＧＰＳ時の時刻の差である。両時刻は、ＧＰＳ時の規定により、ＧＰＳ標準元期である１９８０年１月６日０：００において一致していた。ＵＴＣは、我々が日常生活で用いる時刻である。日本標準時ＪＳＴ（Japan Standard Time）は、ＵＴＣに９時間を加算した時刻である。

ＵＴＣの１秒の長さは、セシウム１３３の原子放射の振動数に基づいて定義される１秒間に等しい。この時系を原子時系と呼ぶ。しかし、原子時系は、太陽系における地球の運動に基づいて定義されているＵＴ１（Universal Time 1）の時系と異なっている。したがって、時間の経過と共に両時刻には差が生じる。この差を放置すると、極端な場合、たとえば日本において夜中にＪＳＴ１２：００となるなど、不自然な状態となるおそれがある。よってＵＴＣとＵＴ１の差が１秒以上とならないよう、国際度量衡局は、ＵＴＣに１秒を挿入または削除する調整の決定と公表をおこなっている。一方、ＧＰＳ時は、時系についてはＵＴＣと同じ原子時系である。しかし、ＧＰＳ時は、ＵＴ１との時刻の差を調整しない。このため、ＵＴＣとＧＰＳ時の時刻には差が生じる。

特許文献２における閏秒情報に基づく過去の所定時点から現在までのＷＮ情報の周回数を算出する方法は、閏秒の増加速度をほぼ一定とした上で、閏秒情報の値の閾値判別によりＷＮ情報の周回数を求めるものである。

２００９年１月現在において、ＧＰＳ時に対する閏秒は、＋１５秒である。現在までにおける閏秒の更新は、すべてＵＴＣに１秒を挿入するものある。閏秒の更新の間隔は、１年から７年までのばらつきがある。ここで、間隔が一定とならないのは、地球の内部質量移動、潮汐による変形で地球の慣性モーメントが変化、地球の自転軸方向そのものがふらつくことにより生じる地球の自転角速度の変動によるものと考えられている。

たとえば、１９８０年から２０００年までの期間の閏秒の更新は１年から２．５年の間隔で計１３回あり、比較的安定した増加速度にて１３秒にまで閏秒が増加した。この実績により増加速度を求めると、０．６５秒／年である。ＧＰＳ標準元期である１９８０年１月を起点とし、今後もこの増加速度にて閏秒が増加するものと推定した場合は、１回目の周回後の１０２４週間における閏秒の推移はＷＮの第０週において１３秒、第１０２３週において２６秒、２回目の周回後の１０２４週間における閏秒の推移はＷＮの第０週において２６秒、第１０２３週において３９秒と推定される。この推定に基づいて閏秒情報の値の閾値判別により、たとえばＷＮが第０週の時点においてＷＮ情報の周回数２回目か否かを判別するための閾値は、２６秒±６．５秒とすればよいと考えられる。これが、特許文献２の周回数を算出する方法である。

しかし、近年の閏秒更新の状況は、１９９８年の更新より後、２００８年までの１０年間において計２回しか行われていない。この近年の実績により増加速度を求めると、０．１秒／年である。仮に今後もこの近年の増加速度にて閏秒が増加すると、１回目の周回後の１０２４週間における閏秒の推移はＷＮの第０週において１３秒、第１０２３週において１７秒、２回目の周回後の１０２４週間における閏秒の推移はＷＮの第０週において１７秒、第１０２３週において２１秒となる。２回目の周回後、ＷＮが第０週の時点において閏秒が１７秒であるのに、前述のＷＮ情報の周回数２回目か否かを判別するための閾値である２６秒±６．５秒の範囲外となってしまう。

閏秒の値は、単調増加する。これは、地球−月系の潮汐相互作用で説明できる。地球に対して働く月の潮汐力は、地球を月の方向に長軸を向けた楕円体に変形させるように作用している。しかし、地球の自転速度は月の公転速度に比べて早く、また地球の潮汐変形には時間がかかる為、地球楕円体の長軸は月の方向ではなく、月が公転により進む先の方向に向けて出っ張ることとなる。その結果、月の重力がこの出っ張り部分に影響を及ぼして地球の自転にブレーキをかけるように作用し、地球の自転速度は単調減少する。すなわち、閏秒の値は、単調増加する。なお、地球の自転速度が月の公転速度と一致するまで低下して地球の自転速度の減少が停止するのは、数１０億年から１０００億年先と予想されている。

本発明が解決しようとする課題は、ＧＰＳを用いて正確な日時情報を取得するためにＷＮのロールオーバ回数を求める手段として、自システム単独で解決できる方法によることで信頼性を向上し、且つ閏秒の増加速度が一定でない場合においても正しく現在日時を生成できるサーバ装置、日時生成装置および日時生成システムを実現することである。

ネットワークインタフェースと、このネットワークインタフェースに接続された閏秒管理部と、この閏秒管理部がメモリ上に保持する閏秒テーブルとからなり、前記閏秒管理部は、定期的に閏秒の更新をモニタし、更新があったとき前記閏秒テーブルを更新し、週番号と閏秒とを受信したとき前記閏秒テーブルを参照してロールオーバ回数を取得し、このロールオーバ回数を返信するサーバ装置により、達成できる。

また、ＧＰＳ衛星からの日時情報を受信するＧＰＳ受信部と、このＧＰＳ受信部と接続されて日時情報を補正する日時補正部とからなり、起動されたとき、前記日時補正部は、取得した週番号と週内時刻と閏秒とを前記ＧＰＳ受信部から取得し、前記週番号と前記閏秒とをサーバ装置に送信し、このサーバ装置から受信したロールオーバ回数と前記週番号と前記週内時刻と前記閏秒とを用いて補正された日時を生成する日時生成装置により、達成できる。

さらに、ネットワークを介して接続されたサーバ装置と、日時生成装置とからなり、前記サーバ装置は、前記ネットワークに接続された閏秒管理部と、この閏秒管理部がメモリ上に保持する閏秒テーブルとからなり、前記閏秒管理部は、定期的に閏秒の更新をモニタし、更新があったとき前記閏秒テーブルを更新し、週番号と閏秒とを受信したとき前記閏秒テーブルを参照してロールオーバ回数を取得し、このロールオーバ回数を返信し、前記日時生成装置は、ＧＰＳ衛星からの日時情報を受信するＧＰＳ受信部と、このＧＰＳ受信部と接続されて日時情報を補正する日時補正部とからなり、前記日時生成装置が起動されたとき、前記日時補正部は、取得した週番号と週内時刻と閏秒とを前記ＧＰＳ受信部から取得し、前記週番号と前記閏秒とをサーバ装置に送信し、このサーバ装置から受信したロールオーバ回数と前記週番号と前記週内時刻と前記閏秒とを用いて補正された日時を生成する日時生成システムにより、達成できる。

ＧＰＳを用いて正確な日時情報を取得するためにＷＮのロールオーバ回数を求める手段として、自システム単独で解決できる方法によることで信頼性を向上し、且つ閏秒の増加速度が一定でない場合においても正しく現在日時を生成できるサーバ装置、日時生成装置および日時生成システムが実現できる。

無線通信システムの構成を説明するブロック図である。日時生成部の構成を説明するブロック図である。閏秒テーブルを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には、同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
まず、図１を参照して、無線通信システムの構成を説明する。図１において、無線通信システム５００は、閏秒サーバ１００と、ネットワーク３００と、複数の基地局装置２００とから構成される。閏秒サーバ１００は、閏秒テーブル管理部１１０とネットワークインタフェース部１２０と閏秒テーブル１３０とから構成されている。基地局装置２００は、ネットワークインタフェース部２１０と日時生成部２２０とから構成されている。なお、図１において、無線通信システム５００の全体構成のうち、ＧＰＳ受信機により得られる日時情報を基地局装置２００内に配信するのに必要なブロック以外については省略している。

基地局装置２００のネットワークインタフェース部２１０は、ネットワーク３００を介して、閏秒サーバ１００のネットワークインタフェース１２０に接続されている。基地局装置２００と閏秒サーバ１００は、相互に通信する。基地局装置２００において、日時生成部２２０は、無線通信システム５００において必要な時刻の生成を行なう。閏秒サーバ１００において、閏秒テーブル管理部１１０は、基地局装置２００の日時生成部２２０が日時を補正する際に必要な閏秒テーブル１３０を管理する。閏秒サーバ１００のハードウェアは、ネットワークインタフェース１２０と、閏秒テーブル管理部１１０を構成するＣＰＵと、閏秒テーブル１３０を保持するメモリである。メモリは、ＣＰＵで実行される閏秒テーブル管理プログラムも保持する。

図２を参照して、基地局装置の日時生成部の詳細を説明する。図２において、日時生成部２２０は、ＧＰＳ受信部２２１と日時補正部２２２とから構成される。ＧＰＳ受信部２２１は、図示しないＧＰＳ衛星から日時情報を受信する。日時情報は、ＷＮ、週内ＧＰＳ時刻、閏秒である。ＧＰＳ受信部２２１は、ＷＮ、週内ＧＰＳ時刻、閏秒を日時補正部２２２に送信する。日時補正部２２２は、無線通信システム５００の設計時期または生産開始時期の週のＷＮおよびそのＷＮに対応する年月日の固定値を保持する。

日時補正部２２２が１回目のロールオーバより前から通電状態にある場合、ロールオーバ後も連続してインクリメントによる時刻生成を行なうことにより、誤った日時を生成することはない。しかし、１回目のロールオーバ以後に電源を投入された場合、または１回目のロールオーバ以後に装置をリセットされた場合、日時補正部２２２は、正しい日時を生成するためにはロールオーバ回数を取得する必要が生じる。

日時補正部２２２は、電源が投入され起動された際、およびリセットから再起動された際、ＧＰＳ受信部２２１がＧＰＳ衛星を捕捉し、ＷＮと閏秒の情報を取得するまで待機する。日時情報（ＷＮ、週内時刻、閏秒）がＧＰＳ受信部２２１から日時補正部２２２に入力されたとき、日時補正部２２２は、ネットワークインタフェース部２１０を介して、ＷＮおよび閏秒を閏秒サーバ１００に送信する。閏秒サーバ１００は、基地局装置２００より受信したＷＮと閏秒に基づき、後述する閏秒テーブルを参照して、対応するロールオーバ回数を求め、基地局装置２００の日時補正部２２２に返信する。日時補正部２２２は、ＧＰＳ受信部２２１からの現在のＷＮと週内時刻に基づいて生成した時刻に、閏秒サーバ１００より受信したロールオーバ回数に１０２４週間を乗じた時間を加算することにより、正しい現在日時を算出する。

以後、電源の切断またはリセットの投入が無い限りは、再び閏秒サーバ１００にロールオーバ回数を問い合わせる必要はなく、日時補正部２２２は、一度求めた現在ＷＮに対するインクリメント処理により時刻生成を続ければよい。

閏秒サーバ１００における閏秒テーブル管理部１１０は、ＧＰＳからの閏秒情報に基づいて、無線通信システム５００の設計時期もしくは生産開始時期等、本システムにおけるＧＰＳ受信部２２１を利用開始後の閏秒の更新履歴を閏秒テーブル１３０として保持する。

図３において、閏秒テーブル１３０は、閏秒値１３１、ＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２、ロールオーバ回数１３３から構成されている。ここで、ＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２は、当該閏秒となった最初のＷＮまたは０である。換言すれば、閏秒が３秒のとき、ＷＮは１８１から２８５の範囲である。また、閏秒が１３秒のとき、ＷＮは９９０から１０２３または０から３３０の範囲である。なお、閏秒テーブル１３０にロールオーバ回数１３３は、必須ではない。これは、レコードの頭からＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２を順に参照すればロールオーバ回数が算出できるからである。また、ＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２は、当該閏秒の最後のＷＮでもよい。さらに、ＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２は、当該閏秒の最初のＷＮと最後のＷＮでもよい。すなわち、ＷｅｅｋＮｕｍｂｅｒ１３２は、当該閏秒に対応するＷＮを定義できればよい。

閏秒テーブル管理部１１０は、基地局装置２００のいずれかから閏秒情報を取得する。また、閏秒サーバ１００に、図示しないＧＰＳ受信機を内蔵し、ＧＰＳ受信機により閏秒の情報を取得してもよい。閏秒テーブル管理部１１０が閏秒の更新を記録するタイミングは、３月末、６月末、９月末、１２月末である。これは、閏秒の挿入／削除は、６月末または１２月末の土曜の深夜を第一優先、３月末または９月末の土曜の深夜を第二優先とする取り決めにより限定されているからである。また、閏秒の更新は、その実施の少なくとも一ヶ月前までに公表されることになっている。したがって、これら閏秒が更新される可能性のある日付の１ヶ月前以降の期間に３ヶ月に１回の頻度で実施すればよい。具体的には、ＧＰＳ衛星からの日時情報には閏秒の更新を予告する情報が含まれており、これを参照することにより、閏秒の更新が実施される前に閏秒テーブル１３０の更新を済ませておくことができる。

閏秒テーブル管理部１１０は、更新後の閏秒の値と、その更新が実施される日時に対応したＷＮの値と、ルールオーバ回数とを閏秒の更新が行われた順に閏秒テーブル１３０に記録する。こうしておくことにより、無線通信システム５００の設計時期または生産開始時期であるシステムにおけるＧＰＳ受信部２２１を利用開始後のロールオーバ回数について、閏秒の値と、ＷＮの値にて知ることができる。なお、閏秒テーブル１３０は、同じ閏秒でのロールオーバの前後でレコードを分けておくと参照が容易である。

閏秒テーブル管理部１１０は、日時補正部２２２よりＷＮと閏秒の情報を受信すると、閏秒テーブル１３０を参照して、ロールオーバ回数を求める。閏秒テーブル管理部１１０は、求めたロールオーバ回数を基地局装置２００に返信する。日時補正部２２２は、ＧＰＳ受信部２２１からの現在のＷＮと週内時刻に基づいて生成した時刻に、閏秒サーバ１００より受信したロールオーバ回数に１０２４週間を乗じた時間を加算することにより、正しく補正した日時を生成する。日時補正部２２２は、補正した日時について、基地局装置２００の図示しない各部に配信する。

１００…閏秒サーバ、１１０…閏秒テーブル管理部、１２０…ネットワークインタフェース部、１３０…、閏秒テーブル、２００…基地局装置、２１０…ネットワークインタフェース部、２２０…日時生成部、２２１…ＧＰＳ受信部、２２２…日時補正部、３００…ネットワーク、５００…無線通信システム。

Claims

ネットワークインタフェースと、このネットワークインタフェースに接続された閏秒管理部と、この閏秒管理部がメモリ上に保持する閏秒テーブルとからなるサーバ装置であって、
前記閏秒管理部は、定期的に閏秒の更新をモニタし、更新があったとき前記閏秒テーブルを更新し、週番号と閏秒とを受信したとき前記閏秒テーブルを参照してロールオーバ回数を取得し、このロールオーバ回数を返信することを特徴とするサーバ装置。
請求項１に記載のサーバ装置であって、
前記閏秒テーブルは、閏秒の更新を定義する週番号と閏秒との対で構成されていることを特徴とするサーバ装置。
請求項２に記載のサーバ装置であって、
前記閏秒テーブルは、閏秒の更新を定義する週番号と閏秒とロールオーバ回数との組で構成されていることを特徴とするサーバ装置。
ＧＰＳ衛星からの日時情報を受信するＧＰＳ受信部と、このＧＰＳ受信部と接続されて日時情報を補正する日時補正部とからなる日時生成装置であって、
起動されたとき、前記日時補正部は、取得した週番号と週内時刻と閏秒とを前記ＧＰＳ受信部から取得し、前記週番号と前記閏秒とをサーバ装置に送信し、このサーバ装置から受信したロールオーバ回数と前記週番号と前記週内時刻と前記閏秒とを用いて補正された日時を生成することを特徴とする日時生成装置。
請求項４に記載の日時生成装置であって、
前記日時補正部は、前記ＧＰＳ受信部から取得した前記週番号と前記週内時刻に基づいて生成した時刻に、前記サーバ装置より取得した前記ロールオーバ回数に１０２４週間を乗じた時間を加算することを特徴とする日時生成装置。
ネットワークを介して接続されたサーバ装置と、日時生成装置とからなる日時生成システムであって、
前記サーバ装置は、前記ネットワークに接続された閏秒管理部と、この閏秒管理部がメモリ上に保持する閏秒テーブルとからなり、
前記閏秒管理部は、定期的に閏秒の更新をモニタし、更新があったとき前記閏秒テーブルを更新し、週番号と閏秒とを受信したとき前記閏秒テーブルを参照してロールオーバ回数を取得し、このロールオーバ回数を返信し、
前記日時生成装置は、ＧＰＳ衛星からの日時情報を受信するＧＰＳ受信部と、このＧＰＳ受信部と接続されて日時情報を補正する日時補正部とからなり、
前記日時生成装置が起動されたとき、前記日時補正部は、取得した週番号と週内時刻と閏秒とを前記ＧＰＳ受信部から取得し、前記週番号と前記閏秒とをサーバ装置に送信し、このサーバ装置から受信したロールオーバ回数と前記週番号と前記週内時刻と前記閏秒とを用いて補正された日時を生成することを特徴とする日時生成システム。