JP2014082599A - 通信装置、時刻制御方法、及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】ネットワーク時刻同期プロトコルを使用して取得した絶対時刻を装置内時刻情報生成部に反映させる通信装置において、装置内時刻情報生成部における絶対時刻を高精度に保つ。
【解決手段】通信装置において、ネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、伝送路から抽出した周波数クロック等に基づいて時刻情報を生成する装置内時刻情報生成手段と、前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報と前記装置内時刻情報生成手段により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、前記装置内時刻情報生成手段に対する制御を行う時刻制御手段と、を備え、前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが所定の閾値よりも小さい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報を補正し、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わないように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶対時刻を生成する装置内時刻情報生成部（RTC：リアルタイムクロック）を備える通信装置において、装置内時刻情報生成部が生成する絶対時刻を補正する技術に関連するものである。
通信キャリアが提供する同期伝送パス及び同期伝送回線サービスでは、階梯化された通信路において一定速度でのデータコンテナの乗せ変えや回線の端点間の一定速度を保証するため、全ての通信装置を同一の周波数(位相)クロックソースに同期(ロック)させる必要がある。
このリファレンスとなる周波数(位相)クロックを広域の装置に分配・供給する手段としては、(1)クロック供給専用の同期伝送網と同期伝送装置により通信ビル内で分配する方法、(2)伝送路抽出による周波数クロックを装置の動作クロックとする方法、(3)JJYやGPS、ネットワーク時刻同期プロトコル(例：IEEE1588v2)等により供給される絶対時刻を用いて正確な1ppsを生成し、これを装置のリファレンスクロックとする方法、等がある。
時刻予約型通信サービスを提供する装置やログ時刻の厳密な同期が必要な装置群などでは、周波数同期とは別に、標準時に従属した絶対時刻を分配・供給され、かつそれらの装置内絶対時刻を高精度に維持することが必要となる。
通信装置が絶対時刻を取得する方法としては、上記(3)で示したように、JJYやGPS、Galileo等の信号を通信により入力する方法やIEEE1588v2に規定されるPTP(Precision Time Protocol)、NTP(Network Time Protocol)等のネットワーク時刻同期プロトコルによる方法がある。
ネットワーク時刻同期プロトコルのうち、PTPは時間精度の高いプロトコルとして普及してきている。PTPはパケットネットワークを経由してusec単位の時刻同期を行うためのプロトコルであり、GPS信号等を入力としてPTP−Master装置が各PTP−Slave 装置に時刻情報を供給するとともに、同期パケットをPTP−Master装置とPTP−Slave 装置との間で送受信し、PTP-Slave 装置において、ネットワーク遅延情報からオフセットを算出し、このオフセットに基づき自らの時刻をPTP−Master装置の時刻に一致させるように調整することにより高精度の時刻同期を実現している。
一般的に通信装置の内部では、装置内の発振素子等によるクロックにより時刻を進める内部時計（リアルタイムクロック（RTC））を有しており、外部から供給される絶対時刻に追従するように構成されている。
なお、時刻同期に関連する従来技術として特許文献１に記載された技術がある。
特開２００２−９４４９０号公報
前述したように、時刻予約型通信サービスを提供する装置や絶対時刻からリファレンスクロックを生成する装置では、装置内の絶対時刻を高精度に維持することが非常に重要となる。特に装置が設置される環境の制約から直接GPS信号を取得できないケースでは、絶対時刻を取得する方法としてはPTP等のネットワーク時刻同期プロトコルを使用するケースが多い。
しかし、ネットワーク時刻同期プロトコルを使用した時刻同期方式においては、ネットワーク上の故障等が生じた場合に、正しい絶対時刻を取得できなくなるという問題がある。
例えば、PTPでは、PTP−MasterからPTP−Slaveに送信されるパケットの遅延が、PTP−SlaveからPTP−Masterに送信されるパケットの遅延と同じであることが前提になっているため、PTPを使用した時刻同期方式においてネットワーク上の故障等が生じた場合、PTPパケットの通信経路がPTP−Master → PTP−SlaveとPTP−Slave → PTP−Master とで不一致となり、PTP−Slave装置側で一時的に正しい時刻を計算することができず、PTP−Slaveの時刻がずれを生じる可能性がある。
PTPによる時刻同期方式を用いる従来の通信装置では、PTP−Slaveの時刻を通信装置内のリアルタイムクロック(RTC)に常に反映させているため、PTP−Slaveの時刻が正しい絶対時刻から外れた状態においては、通信装置間での絶対時刻情報にずれが生じ、例えば時刻予約型通信サービスの提供に重大な問題が生じる。また絶対時刻からリファレンスクロックを生成している場合にはリファレンスクロックの精度に問題が生じる。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ネットワーク時刻同期プロトコルを使用して取得した絶対時刻を装置内時刻情報生成部に反映させる通信装置において、ネットワークの状態によらずに、常に装置内時刻情報生成部における絶対時刻を高精度に保つための技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、ネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
ネットワークを構成する伝送路から抽出した周波数クロック又は発振素子から出力されるクロックに基づいて時刻情報を生成する装置内時刻情報生成手段と、
前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報と前記装置内時刻情報生成手段により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、前記装置内時刻情報生成手段に対する制御を行う時刻制御手段と、を備える通信装置であって、
前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが所定の閾値よりも小さい場合に、前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報により、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報を補正し、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わないことを特徴とする通信装置として構成される。
前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが前記所定の閾値より小さい別の閾値よりも小さい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わないようにしてもよい。また、前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、警報を出力することとしてもよい。
また、本発明は、前記通信装置が実行する時刻制御方法、及び前記時刻制御手段における処理を通信装置に実行させるプログラムとして構成することもできる。
本発明によれば、ネットワーク時刻同期プロトコルを使用して取得した絶対時刻を装置内時刻情報生成部に反映させる通信装置において、ネットワークの状態によらずに、常に装置内時刻情報生成部における絶対時刻を高精度に保つことが可能となる。
本発明の実施の形態に係る通信装置１０の構成図である。 通信装置１０における時刻情報比較部１４の処理内容を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。例えば、本実施の形態ではネットワーク時刻同期プロトコルとしてPTPを用いているが、これは一例であり、本発明はPTPに限らず適用可能である。
（装置構成）
図1 に本発明の実施の形態に係る通信装置１０の構成例を示す。本実施の形態の通信装置１０は一般的な通信ネットワークにおける処理を行う通信装置である。通信装置１０は、後述する装置内時刻情報生成部により生成される絶対時刻を利用する通信装置であればどのような通信装置でもよく、特定の種類の通信装置に限定されない。また、通信装置１０は、通信ネットワークにおけるデータ伝送を行う伝送装置等のみならず、ネットワーク時刻同期プロトコルを使用するための通信機能を持つ汎用的なコンピュータ等であってもよい。
通信装置１０は、外部にある時刻配信網２０と接続されている。本実施の形態では、時刻配信網２０はPTPによりネットワーク時刻同期を行うための網であり、通信装置１０は時刻配信網２０からPTP情報を含むデータを受信する。
図１に示すように、通信装置１０は、時刻情報抽出部１１、伝送路クロック抽出部１２、クライアント時刻情報保持部１３、時刻情報比較部１４、装置内時刻情報生成部１５、装置内クロック部１６、を有する。なお、図１は本実施の形態に関する機能部を主に示しており、通信装置１０は、装置内時刻情報生成部１５により生成される絶対時刻を利用して処理を行う機能部等の図示しない機能を含む。
時刻情報抽出部１１は、PTPに基づき時刻配信網２０からの受信データから時刻情報（具体的にはPTP−Slave時刻)を抽出する。また、伝送路クロック抽出部１２は、時刻配信網２０等を含むデータ通信網を構成している伝送路（同期伝送路）から周波数クロックを抽出する機能を有する。
クライアント時刻情報保持部１３は、時刻情報抽出部１１により抽出された時刻情報（PTP−Slave時刻)の入力を受け、保持する機能を有する。また、装置内クロック部１６は、伝送路クロック抽出部１２により抽出された周波数クロックを受信し、当該周波数クロックに基づいて装置内の基準クロックである装置内クロックを装置内に供給する機能を有する。装置内クロック部１６は内部の発振素子により動作させてもよいし、伝送路クロック抽出部１２からの入力クロックが使用できない状況になった場合に装置内クロック部１６の内部の発振素子により動作させてもよい。
装置内時刻情報生成部１５は、いわゆるリアルタイムクロック(RTC)であり、装置内クロック部１６から供給される基準クロックにより内部時刻情報である絶対時刻を進める。つまり、絶対時刻を生成し、保持する。
時刻情報比較部１４は、クライアント時刻情報保持部１３から取得する時刻データ(PTP−Slave時刻)と装置内時刻情報生成部１５から取得する時刻データとを比較し、その比較結果に基づき後述する条件に従って、クライアント時刻情報保持部１３の時刻(PTP−Slave時刻)により装置内時刻情報生成部１５を時刻補正し、また通信装置外部へ警報情報を出力する。時刻情報比較部１４は、時刻情報抽出部１１により取得した時刻情報と装置内時刻情報生成部１５により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、装置内時刻情報生成部１５に対する制御を行う時刻制御手段の例である。
本実施の形態に係る通信装置１０の時刻情報比較部１４は、通信装置１０（コンピュータ（メモリ、CPU）の機能を含む）において、本実施の形態で説明する時刻情報比較部１４の処理に対応するプログラムを実行させることにより実現可能である。当該プログラムは、可搬メモリ等の記憶媒体に格納して配布し、上記通信装置１０にインストールして用いてもよいし、ネットワーク上のサーバからダウンロードして上記通信装置にインストールしてもよい。また、本実施の形態で説明する処理をハードウェア回路として実現し、当該ハードウェア回路を通信装置１０に備えることとしてもよい。
（時刻情報比較部１４の動作）
以下、時刻情報比較部１４における動作の詳細を図２を参照して説明する。
以下の説明において、クライアント時刻情報保持部１３から取得した時刻データ(PTP−Slave時刻)をTPTP、装置内時刻情報生成部１５から取得した時刻データをTRTCとする。またX及びY をそれぞれ時間を表す所定の定数とし、X＜Y とする。また、２つの時刻データの差分の絶対値|TPTP−TRTC|をΔTとする。
時刻情報比較部１４は、例えば一定時間間隔で、クライアント時刻情報保持部１３から時刻データTPTPを取得し、装置内時刻情報生成部１５から時刻データTRTCを取得し、２つの時刻データの差分の絶対値ΔT＝|TPTP−TRTC|を計算し（ステップ１）、ΔTの値とX及びYとの比較（ΔTの値の評価）を行い（ステップ２）、その結果により以下の３つの場合に分けて処理を行う。
まず、０≦ΔT≦Xの場合（Case 1)は、装置内時刻情報生成部１５に対して何も動作を行わない（ステップ３）。従って、装置内時刻情報生成部１５で生成される時刻データTRTCはそのまま通信装置内部の時刻として用いられる。これは通常の動作であり、時刻配信網２０経由の時刻情報は安定しており、また装置内時刻情報生成部１５により出力される時刻情報も正確であるものと判断される。
次に、X＜ΔT≦Yの場合（Case 2)は、クライアント時刻情報保持部１３からの時刻データTPTPが正しい絶対時刻であると判定し、これを通信装置内部の時刻として用いるため、装置内時刻情報生成部１５の時刻データTRTCをTPTPにより補正する（ステップ４）。
この場合は、両時刻データのずれの発生が微かであるが認められるケースであり、時刻配信網２０経由の時刻データを信頼し、装置内時刻情報生成部１５の時刻データの方が正しい絶対時刻から外れていると判断した結果である。
時刻配信網２０経由の時刻データは、絶対的な時刻精度が高く、通常は一定の刻み幅で進むが、まれにネットワークトラブル等によりずれる場合はその値(絶対時刻)は大幅にずれるという性質がある。一方、装置内時刻情報生成部１５からの時刻データは通常装置内自身で発生させる絶対時刻であるため、そのずれは長期的にはドリフトするので次第に正しい時刻からずれてゆくものと考えられる。各時刻データにおけるこのような特徴から、Case 2の場合においては装置内時刻情報生成部１５が発する時刻データのずれが長時間にわたり累積した結果、Xというある一定の時間閾値を超えたと判断できる。従って、Case 2では、装置内時刻情報生成部１５の時刻データのほうを時刻配信網２０経由のクライアント時刻情報(PTP−Slave時刻）に基づく時刻データを用いて補正する。
次に、Y＜ΔTの場合（Case 3)は、TPTPはTRTCに反映(補正)せず、TRTCをそのまま通信装置内時刻として用い、また同時に通信装置外部に向けて警報情報を発する（ステップ５）。Case 3の場合は両時刻データのずれが突然大きくなった場合に該当する。このような現象が生じる原因としては、時刻情報抽出部１１により抽出される時刻配信網２０からの時刻情報(PTP−Slave時刻)が何らかのネットワーク側のトラブルにより一時的に大幅にずれたことが考えられる。よって、装置内時刻情報生成部１５からの時刻データのほうを信頼して装置内の時刻として使用し、時刻配信網２０からの時刻情報(PTP−Slave時刻)に異常が生じたものと判定し、外部に対して警報情報を発し、原因や影響を人手を介して調査する必要があると判断される。
なお、上記の処理を実行する時刻情報比較部１４は、差分絶対値計算手段、差分絶対値評価手段、時刻補正手段、警報出力手段を備える。また、X・Yの定数は事例毎にチューニングが必要であるためコンフィギュレーションで指定する。装置起動時に自動的に時刻同期プロトコルによる時刻同期(引き込み)をするためには、本発明の条件分岐時にTPTPを装置内時刻にするための実装の考慮が必要となる。
（実施の形態のまとめ、効果）
上述したとおり、本実施の形態においては、PTPやNTP等のネットワーク時刻同期プロトコルにより取得した時刻と装置内時刻情報生成部１５の時刻との差を常に計算することで、正確なネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻を用いて装置内時刻情報生成部１５の時刻を補正することを可能としている。
ネットワーク時刻同期プロトコルにより取得した時刻と装置内時刻情報生成部１５の時刻との差が所定範囲であれば、ネットワーク時刻同期プロトコルにより取得した時刻で装置内時刻情報生成部１５の時刻を補正するが、時刻配信ネットワーク上のトラブル等によりネットワーク時刻同期プロトコルにより取得した時刻に大幅なずれ（ジッタおよびワンダ）が生じた場合には当該時刻を装置内時刻情報生成部１５には反映させず、リファレンスクロックの基となる伝送路抽出した周波数クロックもしくは装置内発振素子の精度が高いことを前提として、装置内時刻情報生成部１５は装置内のリファレンスクロックにより時刻を進める。このような動作が時刻精度を高める背景としては、標準時刻に同期した絶対時刻使用することを目的とすると、「(1)標準時刻に従属した時刻情報をパケットで配信するシステム」と「(2)同期網によるクロックで絶対時刻を刻むシステム」を比較した場合，瞬間的には「(1)」は「(2)」より揺らぎが大きくなることがあり、長時間では「(1)」の方が標準時刻に対する誤差が小さいという特徴がある。
また、装置内時刻情報生成部１５の時刻がネットワーク時刻同期プロトコルにより取得した時刻に対する時刻補正範囲から外れたことを検出した場合に警報を発出することで、ネットワーク障害や時刻配信網側（例えばPTP-Master 側）に起因するPTP 等の時刻情報のずれを監視することを可能としている。
すなわち、本実施の形態の技術を採用することにより、ネットワーク内の各装置において正確な絶対時刻が必要な通信システムにおいて、ネットワークにより供給される高精度な絶対時刻に同期した装置内RTCを、ネットワーク障害があったとしても常に高精度のまま維持することが可能となる。これは従来不可能であったため、大きな効果が期待されるものである。また、ネットワーク障害やPTP-Master 側に起因するPTP時刻情報のずれを監視することが可能となる。
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
１０ 通信装置
１１ 時刻情報抽出部
１２ 伝送路クロック抽出部
１３ クライアント時刻情報保持部
１４ 時刻情報比較部
１５ 装置内時刻情報生成部
１６ 装置内クロック部

Claims (7)

  1. ネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
    ネットワークを構成する伝送路から抽出した周波数クロック又は発振素子から出力されるクロックに基づいて時刻情報を生成する装置内時刻情報生成手段と、
    前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報と前記装置内時刻情報生成手段により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、前記装置内時刻情報生成手段に対する制御を行う時刻制御手段と、を備える通信装置であって、
    前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが所定の閾値よりも小さい場合に、前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報により、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報を補正し、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わない
    ことを特徴とする通信装置。
  2. 前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが前記所定の閾値より小さい別の閾値よりも小さい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わない
    ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
  3. 前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、警報を出力する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
  4. ネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
    ネットワークを構成する伝送路から抽出した周波数クロック又は発振素子から出力されるクロックに基づいて時刻情報を生成する装置内時刻情報生成手段と、を備える通信装置が実行する時刻制御方法であって、
    前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報と前記装置内時刻情報生成手段により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、前記装置内時刻情報生成手段に対する制御を行う時刻制御ステップを備え、
    前記時刻制御ステップにおいて、前記差分の大きさが所定の閾値よりも小さい場合に、前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報により、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報を補正し、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わない
    ことを特徴とする時刻制御方法。
  5. 前記時刻制御ステップにおいて、前記差分の大きさが前記所定の閾値より小さい別の閾値よりも小さい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わない
    ことを特徴とする請求項４に記載の時刻制御方法。
  6. 前記時刻制御ステップにおいて、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、警報を出力する
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の時刻制御方法。
  7. ネットワーク時刻同期プロトコルにより時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
    ネットワークを構成する伝送路から抽出した周波数クロック又は発振素子から出力されるクロックに基づいて時刻情報を生成する装置内時刻情報生成手段と、を備える通信装置を、
    前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報と前記装置内時刻情報生成手段により生成された時刻情報との間の差分に基づいて、前記装置内時刻情報生成手段に対する制御を行う時刻制御手段として機能させるためのプログラムであって、
    前記時刻制御手段は、前記差分の大きさが所定の閾値よりも小さい場合に、前記時刻情報取得手段により取得した時刻情報により、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報を補正し、前記差分の大きさが前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記装置内時刻情報生成手段における時刻情報の補正を行わない
    ことを特徴とするプログラム。
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