JP2016046767A - 通信装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】定常的な遅延を低減して時刻同期の精度を向上する通信装置を提供する。【解決手段】通信装置であるスレーブ装置２は、時刻を計時するクロック２７を備える。スレーブ装置２は、一定の周期で要求信号をマスタ装置へ送信し、要求信号に応じて送信された応答信号をマスタ装置から受信する通信部２３を備える。スレーブ装置２は、要求信号の送信タイミングを変更する変更部２４１と、第１の往復遅延時間と、第２の往復遅延時間と、を比較する比較部２４２を備え、比較部２４２による比較の結果、第２の往復遅延時間が第１の往復遅延時間よりも短い場合、第２の要求信号の送信時刻及びマスタ装置での第２の要求信号の受信時刻と、マスタ装置での第２の応答信号の送信時刻及び第２の応答信号の受信時刻とを用いて、クロックが計時する時刻を調節する時刻同期部２４３を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、通信装置及び通信システムに関する。

時刻同期では基準時刻を配信する第１の端末から受信して時刻を合わせる第２の端末までの通信遅延を正確に推定することが重要である。従来の時刻同期装置には、通信相手とフレームのやり取りを複数回行い、複数の往復遅延時間から最少の値を選ぶことで、通信遅延を推定するものがあった。しかし、往復の片道に定常的な遅延が発生すると、通信遅延の推定精度は低下せざるを得ず、時刻を高い精度で同期させることが難しい。

特表２０１１−５２５３０８号公報

そこで本発明の実施形態が解決しようとする課題は、定常的な遅延を低減して時刻同期の精度を向上させることが可能な通信装置及び通信システムを提供することである。

一の実施形態によれば、通信装置は、時刻を計時するクロックを備える。通信装置は、一定の周期で要求信号を他の通信装置へ送信し、前記要求信号に応じて送信された応答信号を前記他の通信装置から受信する通信部を備える。通信装置は、前記要求信号の送信タイミングを変更する変更部を備える。通信装置は、前記変更部による前記送信タイミング変更前の要求信号である第１の要求信号の送信から前記第１の要求信号に応じて送信された応答信号である第１の応答信号の受信までの時間から、前記第１の要求信号の受信から前記第１の応答信号の送信までの前記他の通信装置における信号処理時間を差し引いた時間に関する第１の往復遅延時間と、前記変更部による前記送信タイミング変更後の要求信号である第２の要求信号の送信から前記第２の要求信号に応じて送信された応答信号である第２の応答信号であって、前記他の通信装置による前記第２の要求信号の受信時刻を表す情報と前記他の通信装置による当該第２の応答信号の送信時刻を表す情報とを含む第２の応答信号の受信までの時間に関する第２の往復遅延時間と、を比較する比較部を備える。通信装置は、前記比較部による比較の結果、前記第２の往復遅延時間が前記第１の往復遅延時間よりも短い場合、前記第２の要求信号の送信時刻及び前記他の通信装置での前記第２の要求信号の受信時刻と、前記他の通信装置での前記第２の応答信号の送信時刻及び前記第２の応答信号の受信時刻とを用いて、前記クロックが計時する時刻を調節する時刻同期部を備える。

第１の実施形態における通信システム１０の構成を示す図。 第１の実施形態におけるスレーブ装置２の構成を示す図。 第１の実施形態におけるスレーブ装置２の動作の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態における通信システム１０ｂの構成を示す図。 第２の実施形態におけるマスタ装置１ｂの構成を示す図。 第２の実施形態におけるスレーブ装置２ｂの構成を示す図。 第２の実施形態における通信システム１０ｂの動作の一例を示すフローチャート。 第３の実施形態における通信システム１０ｃの構成を示す図。 第３の実施形態におけるマスタ装置１ｃの構成を示す図。 第３の実施形態における中央指令装置３の構成を示す図。 第３の実施形態における通信システム１０ｃの動作の一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態における通信システム１０の構成を示す図である。図１に示すように、通信システム１０は、マスタ装置（第１の通信装置）１と、マスタ装置１と通信ネットワーク４を介して接続されたスレーブ装置（第２の通信装置）２とを備える。

マスタ装置１は、通信ネットワーク４を介してスレーブ装置２と通信する。マスタ装置１は、スレーブ装置２から通信ネットワーク４を介して要求信号を受信した場合、応答信号を通信ネットワーク４を介してスレーブ装置２へ送信する。

スレーブ装置２は、通信ネットワーク４を介してマスタ装置１と通信する。スレーブ装置２は、要求信号を通信ネットワーク４を介してマスタ装置１へ送信し、この要求信号に応じて送信された応答信号を通信ネットワーク４を介してマスタ装置１から受信する。そして、スレーブ装置２は、マスタ装置１の時刻と、内部の時刻とを同期させる。

続いて、図２を用いて、スレーブ装置２の構成について説明する。図２は、第１の実施形態におけるスレーブ装置２の構成を示す図である。図２に示すように、スレーブ装置２は、記憶部２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２、通信部２３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４、表示部２５、水晶発振器２６及びクロック２７を備える。

記憶部２１には、ＣＰＵ２４が実行するための各種のプログラムが保存されている。

ＲＡＭ２２は、情報を一次記憶する。

通信部２３は、一定の周期で要求信号をマスタ装置１へ通信ネットワーク４を介して送信し、要求信号に応じて送信された応答信号を通信ネットワーク４を介してマスタ装置１から受信する。ここで応答信号は、例えば、時刻同期情報を含み、この時刻同期情報は、要求信号をマスタ装置１が受信した時刻と応答信号をマスタ装置１が送信した時刻とを含む。本実施形態では、一例として、要求信号は同期フレームであり、応答信号は同期フレームであるものとして以下、説明する。

表示部２５は、ＣＰＵ２４の制御に従って、情報を表示する。

水晶発振器２６は、所定の周波数のクロック信号を生成し、このクロック信号をクロック２７へ出力する。

クロック２７は、時刻を計時する。例えば、クロック２７は、水晶発信器２６から入力されたクロック信号を用いて時刻を計時する。

ＣＰＵ２４は、記憶部２１からＲＡＭ２２にプログラムを読み出して実行することにより、変更部２４１、比較部２４２、及び時刻同期部２４３として機能する。

変更部２４１は、要求信号の送信タイミングを変更する。具体的には例えば、変更部２４１は、例えば、要求信号の送信時の位相（以下、送信位相という）または周期の少なくとも一方を変更することにより、要求信号の送信タイミングを変更する。

また、比較部２４２による比較の結果、第２の往復遅延時間が第１の往復遅延時間よりも短くない場合、変更部２４１は、要求信号の送信タイミングを再度変更する。

比較部２４２は、変更部２４１による送信タイミング変更前の要求信号である第１の要求信号の送信から第１の要求信号に応じて送信された応答信号である第１の応答信号の受信までの時間から、第１の要求信号の受信から第１の応答信号の送信までのマスタ装置１における信号処理時間を差し引いた時間に関する第１の往復遅延時間と、変更部２４１による送信タイミング変更後の要求信号である第２の要求信号の送信から第２の要求信号に応じて送信された応答信号である第２の応答信号であって、マスタ装置１による第２の要求信号の受信時刻を表す情報とマスタ装置１による当該第２の応答信号の送信時刻を表す情報とを含む第２の応答信号の受信までの時間に関する第２の往復遅延時間と、を比較する。ここで、第１の往復遅延時間と同様に、第２の往復遅延時間は、例えば、第２の要求信号の送信から第２の応答信号の受信までの時間から、第２の要求信号の受信から第２の応答信号の送信までのマスタ装置１における信号処理時間を差し引いた時間である。

時刻同期部２４３は、マスタ装置１と時刻を同期させるために、クロック２７を調節する。具体的には、時刻同期部２４３は、比較部２４２による比較の結果、第２の往復遅延時間が第１の往復遅延時間よりも短い場合、第２の要求信号の送信時刻及びマスタ装置１による第２の要求信号の受信時刻と、マスタ装置１による第２の応答信号の送信時刻及び第２の応答信号の受信時刻とを用いて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

続いて、図３を用いて、スレーブ装置２の動作を説明する。図３は、第１の実施形態におけるスレーブ装置２の動作の一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０１）まず通信部２３は、予め定められた送信位相及び周期に従い同期フレームを生成し、同期シーケンスを実行する。ここで同期シーケンスとは、通信部２３が、同期フレームをマスタ装置１へ送信し、この同期フレームを受信したマスタ装置１から送信された同期フレームを受信する一連の処理である。

（ステップＳ１０２）次に通信部２３は、マスタ装置１から受信した同期フレームに含まれる時刻同期情報を取得し、時刻同期部２４３に時刻同期情報を渡す。ここで時刻同期情報には、マスタ装置１が同期フレームを受信した時刻ｔ_２と、マスタ装置１が同期フレームを送信した時刻ｔ_３とが含まれる。

なお、時刻同期部２４３は、スレーブ装置２が同期フレームを送信する毎に、スレーブ装置２が同期フレームを送信した時刻ｔ_１を記憶部２１に記憶させ、スレーブ装置２が同期フレームを受信する毎に、スレーブ装置２が同期フレームを受信した時刻ｔ_４を記憶部２１に記憶させる。

次に、時刻同期部２４３は、式（１）に従って、マスタ装置１からスレーブ装置２までの通信遅延Ｄを算出する。

ここで、インデックスｉ、ｊは、直近のＮ回（Ｎは正の整数）の同期フレームについて算出される。但し、最初の１〜Ｎ−１回までの同期フレームの送受信では、同期フレームがＮ回も送受信されていないので、それまでの同期フレームの分から、インデックスｉ、ｊが求められる。

そして、時刻同期部２４３は、式（２）に従って、マスタ装置１との時刻差Δｔを算出し、時刻差Δｔだけクロック２７が計時する時刻を早める。

ここで、時刻を早める際には、時刻差Δｔだけ一気に時刻を早めてもよいし、所定の時間をかけて徐々に時刻を早めて所定の時間後に時刻差Δｔだけ時刻が早まるようにしてもよい。このように、時刻同期部２４３は、要求信号の送受信時刻と応答信号の送受信時刻を用いてマスタ装置１との時刻差Δｔを決定し、決定した時刻差Δｔに基づいて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

なお、同期フレームの送受信がＮ回終わってから、ステップＳ１０２の処理を実行してもよい。また、本実施形態では、マスタ装置１が同期フレームを送信した時刻ｔ_３とスレーブ装置２が同期フレームを受信した時刻ｔ_４とを用いて時刻差Δｔを決定したが、これに限らず、スレーブ装置２が同期フレームを送信した時刻ｔ_１とマスタ装置１が同期フレームを受信した時刻ｔ_２とを用いて時刻差Δｔを決定してもよい。

（ステップＳ１０３）次に、比較部２４２は、その時点での直近Ｎ回の同期フレームの往復遅延時間（Round Trip Time：以下、ＲＴＴという) の最小値である現在往復遅延と、過去の直近Ｎ回の同期フレームのＲＴＴの最小値である過去往復遅延とを比較し、現在往復遅延が過去往復遅延より増大したか否かを判定する。ここで、その時点での直近Ｎ回の同期フレームと、過去の直近Ｎ回の同期フレームとでは、一例としてＮ−１個の同期フレームが重複している。

現在往復遅延が過去往復遅延より増大していないと判定された場合（ＮＯ）、処理がステップＳ１０１に戻り、通信部２３は再度、同期シーケンスを実行する。ここで、ＲＴＴの最小値ＭｉｎＲは、式（３）に従って計算される。ここで、ＲＴＴの最小値ＭｉｎＲは、通信遅延Ｄの２倍である。

なお、本実施形態では、一例として、その時点での直近Ｎ回の同期フレームと、過去の直近Ｎ回の同期フレームとでは、Ｎ−１個の同期フレームが重複しているものとしたが、重複する同期フレームの数は、Ｎ−２個以下でもよいし、重複する同期フレームの数は０でもよい。

（ステップＳ１０４）ステップＳ１０３で、現在往復遅延が過去往復遅延より増大したと判定された場合（ステップＳ１０３ ＹＥＳ）、定常遅延が発生しているので、変更部２４１は、同期フレームの送信位相を新たに決定し、決定した送信位相を通信部２３に通知することで同期フレームの送信位相を変更する。ここで、送信位相は、例えば、同期フレームの送信開始時を０とする位相である。

このとき、変更部２４１は、現在の送信位相から新しく決定した送信位相までずらす位相量は、予め定めた値でもよいし、無作為に決められた値でもよい。また、変更部２４１は、同期フレームの周期を最大値としてＲＴＴの最小値が最小になるまで二分探索を実施して送信位相の補正値を決定してもよい。具体的には例えば、変更部２４１は、現行の送信位相を、ＲＴＴの最小値が最小になるまで、半周期、１／４周期、１／８周期、…の順にずらしていってもよい。

（ステップＳ１０５）次に、通信部２３は、周期と新しく決定した送信位相とに従った送信タイミングで同期シーケンスを実行する。

（ステップＳ１０６）次に、比較部２４２は、今回のＲＴＴの最小値と過去のＲＴＴの最小値とを比較し、今回のＲＴＴの最小値が過去のＲＴＴの最小値より小さくなっているか否か判定する。今回のＲＴＴの最小値が過去のＲＴＴの最小値より小さくなっている場合（ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１で通信部２３が同期シーケンスを実行し、ステップＳ１０２で時刻同期部２４３は、クロック２７が計時する時刻を調節する。これにより、時刻同期部２４３は、変更後の送信タイミングで送信された要求信号の送信時刻及びマスタ装置１でのこの要求信号の受信時刻と、この要求信号に応じて送信された応答信号のマスタ装置１での送信時刻及びこの応答信号の受信時刻とを用いて、クロック２７が計時する時刻を調節することができる。

ここで、過去のＲＴＴの最小値は、第１の往復遅延時間の一例であり、第１の要求信号の送信時刻とマスタ装置１での第１の要求信号の受信時刻の差の最小値と、第１の要求信号に応じて送信された第１の応答信号のマスタ装置１での送信時刻と第１の応答信号の受信時刻の差の最小値との和である。ここで、第１の応答信号は、マスタ装置１での第１の要求信号の受信時刻を表す情報と、マスタ装置１での第１の応答信号の送信時刻を表す情報とを含む。

また、今回のＲＴＴの最小値は、第２の往復遅延時間の一例であり、第２の要求信号の送信時刻とマスタ装置１での第２の要求信号の受信時刻の差の最小値と、第２の要求信号に応じて送信された第２の応答信号のマスタ装置１での送信時刻と第２の応答信号の受信時刻の差の最小値との和である。

このように、比較部２４２による評価の結果、通信遅延が短くなる場合、スレーブ装置２は、以下の処理を行う。通信部２３は、変更後の送信タイミングで要求信号を送信し、この要求信号に対する応答信号を受信する。そして、時刻同期部２４３は、送信タイミング変更後の要求信号の送受信時刻または送信タイミング変更後の応答信号の送受信時刻を用いて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

（ステップＳ１０７）ステップＳ１０６で今回のＲＴＴの最小値が過去のＲＴＴの最小値より小さくなっていない場合（ステップＳ１０６ ＮＯ）、これまでの送信位相の変更回数を計数し、これまでの送信位相の変更回数が許容値以内であるか否か判定する。

（ステップＳ１０８）ステップＳ１０７でこれまでの送信位相の変更回数が予め設定された許容値以内であると判定された場合（ステップＳ１０７ ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は無作為に決定された時間（以下、Backoff時間という）だけ待機し、処理がステップＳ１０４に戻る。

（ステップＳ１０９）ステップＳ１０７でこれまでの送信位相の変更回数が許容値以内でないと判定された場合（ステップＳ１０７ ＮＯ）、変更部２４１は、同期フレームの周期を新たに決定し、決定した周期を通信部２３に通知することで周期を変更する。このとき、変更部２４１は、現行の周期に予め定められた値を加算した値を新たな周期に決定してもよいし、無作為に決めた値を新たな周期に決定してもよい。また、変更部２４１は、現行の周期を最大値として、ＲＴＴの最小値が最小になるまで二分探索を実施して周期の補正値を決定してもよい。具体的には例えば、変更部２４１は、現行の周期を、ＲＴＴの最小値が最小になるまで、半周期、１／４周期、１／８周期、…の順に減らしていってもよい。

（ステップＳ１１０）次に、通信部２３は、新しい周期と送信位相に従った送信タイミングで同期シーケンスを実行する。

（ステップＳ１１１）次に、比較部２４２は、同期精度が改善したか否か判定する。例えば、比較部２４２は、式（４）に従って推定同期精度改善値を算出し、算出した推定同期精度改善値に基づいて、同期精度が改善したか否か判定する。

このとき、比較部２４２は、例えば、推定同期精度改善値が正であれば、同期精度が改善したと判定し、推定同期精度改善値が０以下であれば、同期精度が改善していないと判定する。同期精度が改善していると判定された場合（ステップＳ１１１ ＹＥＳ）、処理がステップＳ１０１に戻り、通信部２３が同期シーケンスを実行し、時刻同期部２４が時刻同期を行う。

ここで、ＲＴＴの最小値の減少値は、周期変更前のＲＴＴの最小値から周期変更後のＲＴＴの最小値への減少量である。式（４）の右辺の第１項は、通信遅延の推定がＲＴＴの最小値を２で割った値であることから、ＲＴＴの最小値が減少して、通信遅延精度が向上する推定値を示す。

また、水晶発振器精度(ｐｐｍ：parts per million)は、スレーブ装置２が備える水晶発振器２６の精度であり、周期拡大量は、ステップＳ１０９で周期を拡大した量である。

本実施形態では、水晶発振器精度がスレーブ装置２とマスタ装置１との間で異なることを前提として、スレーブ装置２が同期フレームの周期を拡大することにより、水晶発振器２６の値に頼った自走状態の時間が拡大する。このため、その拡大した周期の時間だけスレーブ装置２とマスタ装置１との間に時間差が余計に生じ、その分だけ同期精度が悪くなる。このため、式（４）では、周期拡大量と水晶発振器精度との積を、推定同期精度改善値に対するマイナス要因としている。この周期拡大量と水晶発振器精度との積は、周期拡大量に伴って生じるマスタ装置１とスレーブ装置２との時刻のずれの近似値である。例えば、周期拡大量が１０μｓで水晶発振器精度が１０ｐｐｍの場合、式（４）の右辺の第２項は、マスタ装置１とスレーブ装置２との時刻が１００μｓずれると近似することを意味する。

ここで、水晶発振器２６の精度は水晶発振器２６の仕様としてベンダーから提供される値でも、予め実験により測定された値でもよい。なお、水晶発振器２６の周波数や周期カウントを補正する時刻同期を行う場合、式（４）の水晶発振器精度の値には０を代入してもよい。

（ステップＳ１１２）ステップＳ１１１で同期精度が改善していないと判定された場合（ステップＳ１１１ ＮＯ）、これまでの周期の変更回数を計数し、計数した周期の変更回数が予め設定された許容値以内であるか否か判定する。

（ステップＳ１１３）ステップＳ１１２で周期の変更回数が予め設定された許容値以内であると判定された場合（ステップＳ１１２ ＹＥＳ）、ＣＰＵ２４は、無作為に決定された時間（Backoff時間）だけ待機し、処理がステップＳ１０９に戻る。

（ステップＳ１１４）ステップＳ１１２で周期の変更回数が予め設定された許容値以内でないと判定された場合（ステップＳ１１２ ＮＯ）、ＣＰＵ２４は、警告を表す情報を表示部２５に表示させる。なお、ＣＰＵ２４は、警告を表す情報を、通信ネットワーク４を介して別の装置へ通知してもよい。

以上、本フローチャートによれば、比較部２４２は、送信タイミング変更前の往復遅延時間の最小値である第１の最小値より、送信タイミング変更後の往復遅延時間の最小値である第２の最小値が減少したか否かを判定する。そして、第１の最小値より第２の最小値が減少していないと判定された場合、変更部２４１は、要求信号の送信タイミングの変更を再度実行する。一方、第１の最小値より第２の最小値が減少したと判定された場合、時刻同期部２４３は、クロック２７が計時する時刻を調節する。その際、時刻同期部２４３は、送信タイミング変更後の要求信号の送受信時刻または送信タイミング変更後の応答信号の送受信時刻を用いて、マスタ装置１との時刻差を決定し、決定した時刻差に基づいて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

また、変更部２４１が要求信号の周期を拡大した場合、比較部２４２は、第１の往復遅延時間から第２の往復遅延時間への減少量、周期の拡大量、当該スレーブ装置２が備える水晶発信器の精度に基づいて、同期精度が改善したか否か判定する。変更部２４１は、同期精度が改善していないと判定された場合、要求信号の周期の変更を再度実行する。一方、時刻同期部２４３は、同期精度が改善したと判定された場合、送信タイミング変更後の要求信号の送受信時刻または送信タイミング変更後の応答信号の送受信時刻を用いて、マスタ装置１との時刻差を決定し、決定した時刻差に基づいて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

以上、第１の実施形態に係るスレーブ装置２において、クロック２７は、時刻を計時する。通信部２３は、一定の周期で要求信号をマスタ装置１へ送信し、この要求信号に応じて送信された応答信号をマスタ装置１から受信する。変更部２４１は、要求信号の送信タイミングを変更する。比較部２４２は、変更部２４１による送信タイミング変更前の要求信号である第１の要求信号の送信から第１の要求信号に応じて送信された応答信号である第１の応答信号の受信までの時間から、第１の要求信号の受信から第１の応答信号の送信までのマスタ装置１における信号処理時間を差し引いた時間に関する第１の往復遅延時間を決定する。比較部２４２は、変更部２４２による前記送信タイミング変更後の要求信号である第２の要求信号の送信から前記第２の要求信号に応じて送信された応答信号である第２の応答信号であって、マスタ装置１による第２の要求信号の受信時刻を表す情報とマスタ装置１による当該第２の応答信号の送信時刻を表す情報とを含む第２の応答信号の受信までの時間に関する第２の往復遅延時間を決定する。そして、比較部２４２は、第１の往復遅延時間と第２の往復遅延時間とを比較する。

そして、比較部２４２による評価の結果、第２の往復遅延時間が第１の往復遅延時間よりも短い場合、第２の要求信号の送信時刻及びマスタ装置１での第２の要求信号の受信時刻と、マスタ装置１での第２の応答信号の送信時刻及び第２の応答信号の受信時刻とを用いて、クロックが計時する時刻を調節する。

これにより、要求信号の送信タイミングを変更して通信遅延が短くなる場合、要求信号の送信経路または応答信号の受信経路で定常的な遅延を低減または回避したことになる。このため、時刻同期部２４３は、送信タイミング変更後の要求信号の送受信時刻と送信タイミング変更後の応答信号の送受信時刻とを用いることにより、通信遅延の推定精度を向上させることができるので、時刻同期の精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、スレーブ装置２が要求信号の送信タイミングを変更し、比較部２４２による評価の結果、通信遅延が短くなる場合、送信タイミング変更後の要求信号の送受信時刻または送信タイミング変更後の応答信号の送受信時刻を用いてクロック２７が計時する時刻を調節した。それに対し、第２の実施形態では、マスタ装置が、複数のスレーブ装置から受信した要求信号の受信タイミングを収集し、収集した受信タイミングを用いて、各スレーブの同期信号の送信タイミングが互いに異なるように、各スレーブの要求信号の送信タイミングを決定する。

まず、第２の実施形態の通信システム１０ｂの構成について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態における通信システム１０ｂの構成を示す図である。図４に示すように、マスタ装置１ｂと、通信ネットワーク４を介してマスタ装置（第１の通信装置）１ｂと接続されたスレーブ装置（第２の通信装置）２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍ（Ｍは正の整数）とを備える。

マスタ装置１ｂは、通信ネットワーク４を介してスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍと通信する。例えば、マスタ装置１ｂは、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから通信ネットワーク４を介して要求信号を受信した場合、応答信号を通信ネットワーク４を介してスレーブ装置２へ送信する。

スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍは、通信ネットワーク４を介してマスタ装置１ｂと通信する。例えば、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍは、要求信号を通信ネットワーク４を介してマスタ装置１ｂへ送信し、この要求信号に応じて送信された応答信号を通信ネットワーク４を介してマスタ装置１ｂから受信する。そして、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍは、マスタ装置１ｂの時刻と、内部の時刻とを同期させる。以下、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍを総称して、スレーブ装置２ｂという。

続いて、図５を用いて、マスタ装置１ｂの構成について説明する。図５は、第２の実施形態におけるマスタ装置１ｂの構成を示す図である。図５に示すように、マスタ装置１ｂは、記憶部１１、ＲＡＭ１２、第１の通信部１３、及びＣＰＵ１４を備える。

記憶部１１には、ＣＰＵ１４が実行するための各種のプログラムが保存されている。

ＲＡＭ１２は、情報を一次記憶する。

第１の通信部１３は、時刻情報を載せたフレームを生成し、通信ネットワーク４を介してスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍへ送信する。また、第１の通信部１３は、要求信号を複数の第２の通信装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから受信する。

ＣＰＵ１４は、記憶部１１からＲＡＭ１２にプログラムを読み出して実行することにより、記録部１４１、決定部１４２及び第１の通知部１４３として機能する。

記録部１４１は、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから要求信号を第１の通信部１３が受信した時刻を記録する。

決定部１４２は、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍそれぞれの要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。ここで、送信タイミング情報は、要求信号の周期、送信位相、周期の補正値、送信位相の補正値、送信タイミングをずらす時間、またはそれらの組み合わせなどである。

第１の通知部１４３は、送信タイミング情報それぞれを互いに異なる応答信号に含ませ、応答信号それぞれを対応するスレーブ装置２（ｉは１からＭまでの整数）へ第１の通信部１３から送信させる。

続いて、図６を用いて、スレーブ装置２ｂの構成について説明する。図６は、第２の実施形態におけるスレーブ装置２ｂの構成を示す図である。図６に示すように、スレーブ装置２ｂは、記憶部２１、ＲＡＭ２２、第２の通信部２３ｂ、及びＣＰＵ２４ｂを備える。

記憶部２１には、ＣＰＵ２４ｂが実行するための各種のプログラムが保存されている。

ＲＡＭ２２は、情報を一次記憶する。

第２の通信部２３ｂは、マスタ装置１ｂに対して応答を要求する要求信号をマスタ装置１ｂへ送信し、要求信号に対する応答である応答信号をマスタ装置１ｂから受信する。例えば、第２の通信部２３ｂは、最新のＲＴＴを含む同期フレームを生成し、生成した同期フレームを通信ネットワーク４を介してマスタ装置１ｂへ送信する。また、第２の通信部２ｂは、この送信に応じてマスト装置１ｂから送信された同期フレームを通信ネットワーク４を介して受信する。

ＣＰＵ２４ｂは、記憶部２１からＲＡＭ２２にプログラムを読み出して実行することにより、変更部２４１ｂ、時刻同期部２４３、及び第２の通知部２４４として機能する。

変更部２４１ｂは、応答信号に含まれる送信タイミング情報に基づいて、要求信号の送信タイミングを変更する。

時刻同期部２４３は、マスタ装置１ｂと時刻を同期させるために、クロック２７が計時する時刻を調節する。

第２の通知部２４４は、要求信号の送受信時刻と応答信号の送受信時刻から往復遅延時間を算出し、算出した往復遅延時間を要求信号に含ませ、第２の通信部２３ｂからマスタ装置１ｂへ送信させる。

続いて、図７を用いて、第２の実施形態における通信システム１０ｂの動作について説明する。図７は、第２の実施形態における通信システム１０ｂの動作の一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ２０１）まず、スレーブ装置２ｂの第２の通知部２４４は、最新のＲＴＴをマスタ装置１ｂに通知するため、同期フレームに最新のＲＴＴを書き込む。また、スレーブ装置２ｂの第２の通知部２４４は、初めての同期シーケンスの場合は、その旨を示す値を同期フレームに書き込む。

（ステップＳ２０２）次に、スレーブ装置２ｂの第２の通信部２３ｂは、予め定められた送信位相及び周期に従った送信タイミングで、ステップＳ２０１で生成された同期フレームをマスタ装置１ｂへ送信する。

（ステップＳ３０１）次に、マスタ装置１ｂの第１の通信部１３は、スレーブ装置２ｂから同期フレームを受信する。

（ステップＳ３０２）次に、マスタ装置１ｂの記録部１４１は、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから同期フレームを受信する毎に、この同期フレームを受信した時刻（以下、受信時刻という）を記憶部１１に記録する。これにより、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍそれぞれから同期フレームを受信した時刻（以下、受信時刻という）が記録される。

（ステップＳ３０３）次に、マスタ装置１ｂの決定部１４２は、スレーブ装置２ｂに指示する、同期フレームの送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。ここで、送信タイミング情報は、例えば、周期、送信位相、周期の補正値、送信位相の補正値または現行の送信タイミングをずらす時間量、またはそれらの組み合わせなどである。

なお、送信タイミング情報を決定する際、決定部１４２は、全てのスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍからの要求信号の受信時刻が等間隔となる希望受信時刻を決定してもよい。ここで、希望受信時刻とは、その時刻に要求信号を受信することが目標であるが、あるスレーブ装置２ｂ−ｉ（ｉは１からＭまでの整数）に送信時刻を希望受信時刻にずらすように指示しても、通信ネットワーク４の状況により、必ずしも要求信号の受信時刻が希望受信時刻とはならない。

そして、決定部１４２は、あるスレーブ装置２ｂ−ｉから受信する要求信号の希望受信時刻と、当該スレーブ装置２ｂ−ｉから既に受信した要求信号の受信時刻との差分を、当該スレーブ装置２ｂ−ｉの送信タイミング情報として決定する処理を行ってもよい。そして、決定部１４２は、この処理を全てのスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍについて行ってもよい。

ここで、マスタ装置１ｂは、例えば、各スレーブ装置２ｂ−ｉから同期フレームを受信した時刻を記録しているので、スレーブ装置２ｂの同期フレームの周期の範囲で、各スレーブ装置２ｂ−ｉの希望受信時刻が等間隔になるように、各スレーブ装置２ｂ−ｉからの同期フレームの希望受信時刻を決定してもよい。

このように決定部１４２は、要求信号それぞれの受信時刻が等間隔となる複数の希望受信時刻を決定し、スレーブ装置２ｂ−ｉ毎に、複数の希望受信時刻の中からスレーブ装置２ｂ−ｉ毎に異なるように選択された一つの時刻と当該スレーブ装置２ｂ−ｉから既に受信した要求信号の受信時刻（以下、現実の受信時刻ともいう）との差分を送信タイミング情報に決定してもよい。

要求信号それぞれの受信時刻が等間隔となるようにする場合、要求信号の周期が、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの間で同じ場合、決定部１４２は、マスタ装置１ｂにおける、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍからの要求信号の受信タイミングと、この要求信号の周期を複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの数で割った値と、を用いて、スレーブ装置毎に要求信号の送信タイミングのずらし量を決定してもよい。

具体的には、決定部１４２は、以下のようにして、スレーブ装置毎に要求信号の送信タイミングをずらす時間を決定してもよい。決定部１４２は、送信位相０に相当する時刻から、要求信号の周期λを複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの数Ｍで割った値λ／Ｍ間隔で、Ｍ個の希望受信時刻を決定する。そして、決定部１４２は、決定したＭ個の希望受信時刻から一つ選び、Ｍ個の現実の受信時刻から一つ選び、選んだ時刻同士の差分を算出するという一連の処理を行う。決定部１４２は、この一連の処理をＭ回繰り返すことにより、Ｍ個の差分が得られる。但し、繰り返しの際、一度選ばれた希望受信時刻と一度選ばれた現実の受信時刻は、次からは選べないものとする。決定部１４２は、得られたＭ個の差分それぞれを、要求信号の送信タイミングのずらし量に決定する。

また、要求信号それぞれの受信時刻が等間隔となるようにする場合、要求信号の周期が、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの間で異なる場合、決定部１４２は、マスタ装置１ｂにおける、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍからの要求信号の受信タイミングと、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの間における要求信号の周期の最大公約数をスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの数で割った値と、を用いて、送信タイミングのずらし量を決定してもよい。

具体的には、以下のようにして、決定部１４２は、スレーブ装置毎に要求信号の送信タイミングのずらし量を決定してもよい。決定部１４２は、送信位相０に相当する時刻から、要求信号の周期λの最大公約数ｇを複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍの数Ｍで割った値ｇ／Ｍ間隔で、Ｍ個の希望受信時刻を決定する。そして、決定部１４２は、決定したＭ個の希望受信時刻から一つ選び、Ｍ個の現実の受信時刻から一つ選び、選んだ時刻同士の差分を算出するという一連の処理を行う。決定部１４２は、この一連の処理をＭ回繰り返すことにより、Ｍ個の差分が得られる。但し、繰り返しの際、一度選ばれた希望受信時刻と一度選ばれた現実の受信時刻は、次からは選べないものとする。決定部１４２は、得られたＭ個の差分それぞれを、要求信号の送信タイミングのずらし量に決定する。

また、決定部１４２は、全てのスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍからの同期フレームの現実の受信時刻と重複せず、且つ各希望受信時刻が互いに重複しないように、各スレーブ装置２ｂ−ｉの希望受信時刻を決定してもよい。そして、あるスレーブ装置２ｂ−ｉについて決定した希望受信時刻と、当該スレーブ装置２ｂ−ｉから既に受信した要求信号の受信時刻との差分を、当該スレーブ装置２ｂ−ｉの送信タイミング情報として決定する処理を行ってもよい。そして、決定部１４２は、この処理を全てのスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍについて行ってもよい。

また、各受信時刻が、他のスレーブ装置２ｂ−ｉの受信時刻と重複していない場合に、決定部１４２は、スレーブ装置２ｂ−ｉが同期フレームに記載したＲＴＴの値と記憶部１１に記憶されている過去のＲＴＴとを比較してもよい。この場合、スレーブ装置２ｂ−ｉから同期フレームを受信する毎に、この同期フレームに記載されたＲＴＴの値を記憶部１１に記憶させることを前提としている。

具体的には例えば、スレーブ装置２ｂ−ｉが同期フレームに記載したＲＴＴの値が過去のＲＴＴより大きくなっている場合、決定部１４２は、予め決められた値、または無作為に決められた値だけ周期または送信位相を変化させてもよい。また、決定部１４２は、同期フレームの周期を最大値としてＲＴＴの最小値が最小になるまで二分探索を実施して送信位相の補正値を決定してもよい。また決定部１４２は、現行の周期を最大値として、ＲＴＴの最小値が最小化するまで二分探索を実施して周期の補正値を決定してもよい。

このように、決定部１４２は、過去の往復遅延時間と、第２の通信部２３ｂが送信した要求信号に含まれる往復遅延時間とを比較し、比較結果に応じて要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定してもよい。

ここで、周期を拡張した際は、決定部１４２は、周期を拡張する毎に式（４）に従って推定同期精度改善値を計算してもよい。決定部１４２は、計算された推定同期精度改善値が正の場合、拡張後の周期を採用してもよい。改善値が０以下の場合、同期精度が改善していないので、決定部１４２は、拡張後の周期を採用せず、元の周期を利用するか、または予め決められた値、無作為に決められた値もしくは上述のように二分探索で決定された周期の補正値を元の周期に加算して、もう一度、式（４）より推定同期精度改善値を計算してもよい。計算された推定同期精度改善値が正の場合、決定部１４２は、拡張後の周期を採用してもよい。

（ステップＳ３０４）次に、マスタ装置１ｂの第１の通知部１４３は、同期フレームに送信タイミング情報（例えば、周期、送信位相、周期の補正値、送信位相の補正値、及び送信タイミングをずらす時間量のうち少なくとも一つ）を書き込む。

（ステップＳ３０５）次に、マスタ装置１ｂの第１の通信部１３が同期フレームを応答信号として返信する。

（ステップＳ２０３）次に、スレーブ装置２ｂの第２の通信部２３ｂがマスタ装置１ｂから時刻同期情報を含む応答信号を受信し、この時刻同期情報を時刻同期部２４３に渡す。ここで、時刻同期情報には、マスタ装置１ｂが同期フレームを受信した時刻ｔ_２、及びマスタ装置１ｂが同期フレームを発信した時刻ｔ_３が含まれる。

なお、スレーブ装置２ｂの時刻同期部２４３は、スレーブ装置２ｂが同期フレームを送信する毎に送信した時刻ｔ_１を記憶部２１に記憶させ、スレーブ装置２ｂが同期フレームを受信する毎に受信した時刻ｔ_４を記憶部２１に記憶させる。

（ステップＳ２０４）次に、時刻同期部２４３は、式（１）に従ってマスタ装置１ｂからスレーブ装置２ｂまでの通信遅延を算出し、式（２）に従ってマスタ装置１ｂとの時刻差Δｔを算出し、この時刻差Δｔだけクロック２７が計時する時刻を早める。ここで、クロック２７が計時する時刻を早める際には、時刻差Δｔだけ一気に時刻を早めてもよいし、所定の時間をかけて徐々に時刻を早めて所定の時間後に時刻差Δｔだけ時刻が早まるようにしてもよい。

（ステップＳ２０５）次に、変更部２４１ｂは、受信された同期フレーム内に送信タイミング情報が含まれているか否か判定する。

（ステップＳ２０６）ステップＳ２０５で同期フレーム内に送信タイミング情報が含まれている場合（ステップＳ２０５ ＹＥＳ）、変更部２４１ｂは、送信タイミング情報に基づいて、同期フレームの送信タイミングを変更する。例えば、送信タイミング情報が送信位相及び周期の場合、この送信位相及び周期で決まる送信タイミングに変更する。

（ステップＳ２０７）ステップＳ２０５で同期フレーム内に送信タイミング情報が含まれていない場合（ステップＳ２０５ ＮＯ）、変更部２４１ｂは、これまでの送信位相と周期で決まる次の送信時刻まで待機し、処理がステップＳ２０１に戻りステップＳ２０１以降の処理が繰り返される。これにより、時刻同期部２４３は、送信タイミング変更後の要求信号の送信時刻及びマスタ装置１ｂでのこの要求信号の受信時刻と、送信タイミング変更後のマスタ装置１ｂでの応答信号の送信時刻及びこの応答信号の受信時刻と、を用いて、クロック２７が計時する時刻を調節することができる。

以上、第２の実施形態に係るマスタ装置１ｂにおいて、第１の通信部１３は、要求信号を複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから受信する。記録部１４１は、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから要求信号を第１の通信部１３が受信した時刻を記録する。決定部１４２は、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍから受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍそれぞれの要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。第１の通知部１４３は、送信タイミング情報それぞれを互いに異なる応答信号に含ませ、応答信号それぞれを対応するスレーブ装置２ｂ−ｉへ第１の通信部１３から送信させる。

第２の実施形態に係るスレーブ装置２ｂにおいて、第２の通信部２３ｂは、マスタ装置１ｂに対して応答を要求する要求信号をマスタ装置１ｂへ送信し、要求信号に対する応答である応答信号をマスタ装置１ｂから受信する。変更部２４１ｂは、応答信号に含まれる送信タイミング情報に基づいて、要求信号の送信タイミングを変更する。時刻同期部２４３は、変更部２４１ｂによる送信タイミング変更後の要求信号である変更後要求信号の送信時刻及びマスタ装置１ｂでの変更後要求信号の受信時刻と、変更後要求信号に応じて送信された応答信号である変更後応答信号のマスタ装置１ｂでの送信時刻及び変更後応答信号の受信時刻とを用いて、クロック２７が計時する時刻を調節する。

これにより、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍからの要求信号の受信タイミングが互いに異なるようにすることができる。このため、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍが送信するフレーム同士が競合することを回避することができるので、定常的な遅延を回避することができる。その結果、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍは、通信遅延の推定精度を向上させることができるので、時刻同期の精度を向上させることができる。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。第２の実施形態では、マスタ装置が、自身が受信した同期信号の受信タイミングを収集し、収集した受信タイミングを用いて、各スレーブ装置からの同期信号の受信タイミングが互いに異なるように、各スレーブの同期信号の送信タイミングを決定した。それに対して、第３の実施形態では、マスタ装置ではなく、中央指令装置が各スレーブの同期信号の送信タイミングを決定する。

続いて、図８を用いて第３の実施形態に係る通信システム１０ｃの構成について説明する。図８は、第３の実施形態における通信システム１０ｃの構成を示す図である。図８に示すように、通信システム１０ｃは、マスタ装置（第１の通信装置）１ｃ−１、…、１ｃ−３、スレーブ装置（第２の通信装置）２ｂ−１、…、２ｂ−９、及び中央指令装置（第３の通信装置）３を備える。スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−３は、通信ネットワーク４−１を介してマスタ装置１ｃ−１と接続されており、マスタ装置１ｃ−１と通信する。同様に、スレーブ装置２ｂ−４、…、２ｂ−６は、通信ネットワーク４−２を介してマスタ装置１ｃ−２と接続されており、マスタ装置１ｃ−２と通信する。同様に、スレーブ装置２ｂ−７、…、２ｂ−９は、通信ネットワーク４−３を介してマスタ装置１ｃ−３と接続されており、マスタ装置１ｃ−３と通信する。マスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３は、中央指令装置３と接続されており、中央指令装置３と通信する。

マスタ装置１ｃ−１は、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−３から同期フレームを受信し、この受信タイミングと受信した同期フレームに含まれるＲＴＴとを収集する。そして、マスタ装置１ｃ−１は、収集した受信タイミングおよびＲＴＴを中央指令装置３へ通知する。

同様に、マスタ装置１ｃ−２は、スレーブ装置２ｂ−４、…、２ｂ−６から同期フレームを受信し、この受信タイミングと受信した同期フレームに含まれるＲＴＴとを収集する。そして、マスタ装置１ｃ−２は、収集した受信タイミングおよびＲＴＴを中央指令装置３へ通知する。

同様に、マスタ装置１ｃ−３は、スレーブ装置２ｂ−７、…、２ｂ−９から同期フレームを受信し、この受信タイミングと受信した同期フレームに含まれるＲＴＴとを収集する。そして、マスタ装置１ｃ−３は、収集した受信タイミングおよびＲＴＴを中央指令装置３へ通知する。以下、マスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３を総称してマスタ装置１ｃという。

続いて、図９を用いて第３の実施形態におけるマスタ装置１ｃの構成について説明する。図９は、第３の実施形態におけるマスタ装置１ｃの構成を示す図である。図９に示すように、マスタ装置１ｃは、記憶部１１、ＲＡＭ１２、第１の通信部１３ｃ、及びＣＰＵ１４ｃを備える。

記憶部１１には、ＣＰＵ１４ｃが実行するための各種のプログラムが保存されている。

ＲＡＭ１２は、情報を一次記憶する。

第１の通信部１３ｃは、通信ネットワーク４ｃ−ｊ（ｊは１から３までの整数）を介して、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋ（ｋは１から９までの整数）と通信する。また、第１の通信部１３ｃは、中央指令装置３と通信する。例えば、第１の通信部１３ｃは、複数のスレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれから要求信号（例えば、同期フレーム）を受信し、この要求信号の受信タイミングそれぞれを中央指令装置３へ送信する。

また、第１の通信部１３ｃは、複数の送信タイミング情報を中央指令装置３から受信し、互いに異なる送信タイミング情報を含む応答信号それぞれを、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれへ送信する。

ＣＰＵ１４ｃは、記憶部１１からＲＡＭ１２にプログラムを読み出して実行することにより、制御部１４４として機能する。

制御部１４４は、第１の通信部１３ｃを制御する。例えば、制御部１４４は、通信ネットワークを介して接続された各スレーブ装置２ｂ−ｋからの同期フレームの受信タイミングと、受信した同期フレームに含まれるＲＴＴとを収集する。そして、制御部１４４は、収集した受信タイミングおよびＲＴＴを含むメッセージを第１の通信部１３ｃから中央指令装置３へ送信させる。

なお、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−９の構成は、図６に示す第２の実施形態におけるスレーブ装置２ｂの構成と同様であるので、その説明を省略する。

続いて、図１０を用いて中央指令装置３の構成について説明する。図１０は、第３の実施形態における中央指令装置３の構成を示す図である。図１０に示すように、中央指令装置３は、記憶部３１、ＲＡＭ３２、第３の通信部３３、及びＣＰＵ３４を備える。

記憶部３１には、ＣＰＵ３４が実行するための各種のプログラムが保存されている。

ＲＡＭ３２は、情報を一次記憶する。

第３の通信部３３は、マスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３と通信する。例えば、第３の通信部３３は、マスタ装置１ｃ−ｊそれぞれが複数のスレーブ装置２ｂ−３（ｊ−１）＋１〜２ｂ−（３ｊ）から要求信号を受信した受信タイミングそれぞれを、マスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３それぞれから通信により取得する。ここで、要求信号は、マスタ装置１ｃ−ｊに対して応答を要求する信号である。また、第３の通信部は、後述する決定部３４２により決定された複数の送信タイミング情報それぞれを、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋと通信可能なマスタ装置１ｃ−ｊへ送信する。

ＣＰＵ３４は、記憶部３１からＲＡＭ３２にプログラムを読み出して実行することにより、記録部３４１、決定部３４２、及び通知部３４３として機能する。

記録部３４１は、第３の通信部３３がマスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３から受信したメッセージに含まれる受信タイミングを記憶部３１に記録する。

決定部３４２は、記録された受信タイミングに基づいて、複数のマスタ装置１ｃ−１、１ｃ−２、１ｃ−３が複数のスレーブ装置２ｂ−ｋから受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、スレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれが送信する要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。

通知部３４３は、決定部３４２により決定された送信タイミング情報それぞれを、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋと通信可能なマスタ装置１ｃ−ｊへ第３の通信部３３から送信させる。

続いて、図１１を用いて第３の実施形態における通信システム１０ｃの動作について説明する。図１１は、第３の実施形態における通信システム１０ｃの動作の一例を示すフローチャートである。スレーブ装置２ｂの全てのステップＳ４０１〜Ｓ４０７は、図７のすステップＳ２０１〜Ｓ２０７と同様であるので、その説明を省略する。

（ステップＳ５０１）次に、各マスタ装置１ｃ−ｊの第１の通信部１３ｃは、スレーブ装置２ｂから要求信号としての同期フレームを受信する。

（ステップＳ５０２）次に、各マスタ装置１ｃ−ｊの第１の通信部１３ｃは、収集された受信時刻及びＲＴＴを含むメッセージを中央指令装置３へ送信する。

（ステップＳ６０１）次に、中央指令装置３の第３の通信部３３は、マスタ装置１ｃ−１、…、１ｃ−３からメッセージを受信する。

（ステップＳ６０２）次に、中央指令装置３の記録部３４１は、マスタ装置１ｃ−１がスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−３から受信した要求信号の受信時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３を記憶部３１に記録する。同様に、中央指令装置３の記録部３４１は、マスタ装置１ｃ−２がスレーブ装置２ｂ−４、…、２ｂ−６から受信した要求信号の受信時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６を記憶部３１に記録する。同様に、中央指令装置３の記録部３４１は、マスタ装置１ｃ−３がスレーブ装置２ｂ−７、…、２ｂ−９から受信した要求信号の受信時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９を記憶部３１に記録する。

（ステップＳ６０３）次に、中央指令装置３の決定部３４２は、各スレーブ装置２ｂ−ｋの要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。その際、決定部３４２は、複数の受信タイミング（例えば、受信時刻ｔ１、…、ｔ９）に基づいて、複数のマスタ装置１ｃ−１、…、１ｃ−３が複数の第２の通信装置から受信する複数の要求信号の受信時刻（ここでは、九つの受信時刻）が互いに異なるように、スレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれが要求信号を送信する送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。

例えば、決定部３４２は、等時間間隔の九つの希望受信時刻と、各マスタ１ｃ−ｊが既に受信した要求信号の受信時刻ｔ１、…、ｔ９とのそれぞれの差分を送信タイミング情報に決定してもよい。あるいは、決定部３４２は、記録した他の受信時刻と重複しない九つの希望受信時刻と、マスタ１ｃ−ｊが既に受信した要求信号の受信時刻ｔ１、…、ｔ９とのそれぞれの差分を送信タイミング情報に決定してもよい。ここで、希望受信時刻とは、その時刻に受信することが目標であるが、スレーブ装置に送信時刻をずらすように指示しても、通信ネットワーク４−１、…、４−３の状況により必ずしも目標の時刻の受信とならないことを意味する。

また、互いに受信時刻が異なる場合でも、決定部３４２は、送信タイミング情報を変更してもよい。例えば、決定部３４２は、スレーブ装置２ｂ−ｋが同期フレームに書き込んだＲＴＴを、記録した過去のＲＴＴと比較してもよい。そして、決定部３４２は、スレーブ装置２ｂ−ｋが同期フレームに書き込んだＲＴＴが記録した過去のＲＴＴより大きくなっている場合、決定部３４２は、予め決められた値、または無作為に決められた値だけ周期または送信位相を変化させてもよい。あるいは、決定部３４２は、同期フレームの周期を最大値としてＲＴＴの最小値が最小になるまで二分探索を実施して送信位相の補正値を決定してもよい。あるいは、決定部３４２は、同期フレームの周期を最大値として、ＲＴＴの最小値が最小化するまで二分探索を実施して周期の補正値を決定してもよい。

このように、スレーブ装置２ｂ−ｋの第２の通信部２３ｂは、要求信号を送信してから応答信号を受信するまでの往復遅延時間を中央指令装置３へ送信してもよい。そして、中央指令装置３の決定部３４２は、第２の通信部２３ｂが送信した往復遅延時間と過去の往復遅延時間とを比較し、比較結果に応じて要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定してもよい。

ここで、周期を拡張した際は、決定部３４２は、周期を拡張する毎に、式（４）に従って推定同期精度改善値を計算してもよい。決定部３４２は、計算された推定同期精度改善値が正の場合、拡張後の周期を採用してもよい。改善値が０以下の場合、同期精度が改善していないので、決定部３４２は、拡張後の周期を採用せず、元の周期を利用するか、または予め決められた値、無作為に決められた値もしくは上述のように二分探索で決定された周期の補正値を元の周期に加算して、もう一度、式（４）より推定同期精度改善値を計算してもよい。計算された推定同期精度改善値が正の場合、決定部３４２は、拡張後の周期を採用してもよい。

（ステップＳ６０４）次に、中央指令装置３の通知部３４３は、スレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−９の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を含むメッセージを生成する。

（ステップＳ６０５）次に、中央指令装置３の第３の通信部３３は、生成されたメッセージを、マスタ装置１ｃ−ｊそれぞれへ送信する。

（ステップＳ５０３）次に、各マスタ装置１ｃ−ｊの第１の通信部１３ｃは、メッセージを受信する。

（ステップＳ５０４）次に、各マスタ装置１ｃ−ｊの制御部１４４は、メッセージから送信タイミング情報を読み出し、スレーブ装置２ｂ−ｋ毎に、当該スレーブ装置２ｂ−ｋの送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を含む同期フレームを生成する。

（ステップＳ５０５）次に、各マスタ装置１ｃ−ｊの第１の通信部１３ｃは、スレーブ装置２ｂ−ｋ毎に生成された同期フレームを、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋへ送信する。これにより、各スレーブ装置２ｂ−ｋへ、当該スレーブ装置の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を含む同期フレームが送信される。

以上、第３の実施形態における中央指令装置３において、第３の通信部３３は、マスタ装置１ｃ−ｊそれぞれが要求信号を複数のスレーブ装置２ｂ−ｋから受信した受信タイミングを、マスタ装置１ｃ−ｊそれぞれから通信により取得する。決定部３４２は、複数の受信タイミングに基づいて、複数のマスタ装置１ｃ−ｊが複数のスレーブ装置２ｂ−ｋから受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、スレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれが送信する要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する。通知部３４３は、送信タイミング情報を、マスタ装置１ｃ−ｊそれぞれへ第３の通信部３３から送信させる。

また、第３の実施形態におけるマスタ装置１ｃ−ｊにおいて、第１の通信部１３ｃは、複数のスレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれから要求信号を受信し、この要求信号の受信タイミングそれぞれを中央指令装置３へ送信する。また、第１の通信部１３ｃは、複数の送信タイミング情報を中央指令装置３から受信し、互いに異なる当該送信タイミング情報を含む応答信号それぞれを、対応するスレーブ装置２ｂ−ｋそれぞれへ送信する。

また、第３の実施形態におけるスレーブ装置２ｂ−ｋにおいて、第２の通信部２３ｂは、要求信号マスタ装置１ｃ−ｊへ送信し、マスタ装置１ｃ−ｊから応答信号を受信する。変更部２４１ｂは、送信タイミング情報に基づいて、要求信号の送信タイミングを変更する。

これにより、中央指令装置３が各スレーブ装置２ｂ−ｋの送信タイミングを決定することにより、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−９からの要求信号の受信タイミングが互いに異なるようにすることができる。このため、複数のマスタ装置に分散して同期する複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−９が送信するフレーム同士が重なることを回避することができるので、定常的な遅延を回避することができる。その結果、複数のスレーブ装置２ｂ−１、…、２ｂ−９は、通信遅延の推定精度を向上させることができるので、時刻同期の精度を向上させることができる。

なお、第１の実施形態におけるスレーブ装置２は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、変更部２４１、比較部２４２及び時刻同期部２４３は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、スレーブ装置２は、上記のプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、、変更部２４１、比較部２４２及び時刻同期部２４３は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

また、第２の実施形態におけるマスタ装置１ｂまたはスレーブ装置２ｂは、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、マスタ装置１ｂの場合、記録部１４１，決定部１４２、及び第１の通知部１４３は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。一方、スレーブ装置２ｂの場合、、変更部２４１ｂ、時刻同期部２４３、及び第２の通知部２４４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、マスタ装置１ｂまたはスレーブ装置２ｂは、上記のプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、記録部１４１，決定部１４２及び第１の通知部１４３または変更部２４１ｂ、時刻同期部２４３、及び第２の通知部２４４は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

また、第３の実施形態におけるマスタ装置１ｃ、スレーブ装置２ｂまたは中央指令装置３は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、マスタ装置１ｃの場合、制御部１４４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。一方、スレーブ装置２ｂの場合、時刻同期部２４３、変更部２４１ｂ、及び第２の通知部２４４は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。一方、中央指令装置３の場合、記録部３４１、決定部３４２及び通知部３４３は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。

このとき、マスタ装置１ｃ、スレーブ装置２ｂまたは中央指令装置３は、上記のプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、制御部１４４または時刻同期部２４３、変更部２４１ｂ、及び第２の通知部２４４または記録部３４１、決定部３４２及び通知部３４３は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０、１０ｂ、１０ｃ 通信システム
１、１ｂ、１ｃ−１、…、１ｃ−３ マスタ装置（第１の通信装置）
１１、２１ 記憶部
１２、２２ ＲＡＭ（Random Access Memory）
１３、１３ｃ 第１の通信部
１４、２４、２４ｂ、１４ｃ ＣＰＵ（Central Processing Unit）
１４１、３４１ 記録部
１４２、３４２ 決定部
１４３ 第１の通知部
１４４ 制御部
２、２ｂ、２ｂ−１、…、２ｂ−Ｍ、２ｂ−１、…、２ｂ−９ スレーブ装置（第２の通信装置）
２３ 通信部
２３ｂ 第２の通信部
２４１ 時刻同期部
２４２ 比較部
２４３ 変更部
２４４ 第２の通知部
２５ 表示部
２６ 水晶発振器
２７ クロック３ 中央指令装置
３４３ 通知部
４ 通信ネットワーク

Claims (14)

1. 時刻を計時するクロックと、
   一定の周期で要求信号を他の通信装置へ送信し、前記要求信号に応じて送信された応答信号を前記他の通信装置から受信する通信部と、
   前記要求信号の送信タイミングを変更する変更部と、
   前記変更部による前記送信タイミング変更前の要求信号である第１の要求信号の送信から前記第１の要求信号に応じて送信された応答信号である第１の応答信号の受信までの時間から、前記第１の要求信号の受信から前記第１の応答信号の送信までの前記他の通信装置における信号処理時間を差し引いた時間に関する第１の往復遅延時間と、前記変更部による前記送信タイミング変更後の要求信号である第２の要求信号の送信から前記第２の要求信号に応じて送信された応答信号である第２の応答信号であって、前記他の通信装置による前記第２の要求信号の受信時刻を表す情報と前記他の通信装置による当該第２の応答信号の送信時刻を表す情報とを含む第２の応答信号の受信までの時間に関する第２の往復遅延時間と、を比較する比較部と、
   前記比較部による比較の結果、前記第２の往復遅延時間が前記第１の往復遅延時間よりも短い場合、前記第２の要求信号の送信時刻及び前記他の通信装置での前記第２の要求信号の受信時刻と、前記他の通信装置での前記第２の応答信号の送信時刻及び前記第２の応答信号の受信時刻とを用いて、前記クロックが計時する時刻を調節する時刻同期部と、
   を備える通信装置。
2. 前記比較部による比較の結果、前記第２の往復遅延時間が前記第１の往復遅延時間よりも短くない場合、前記変更部は、前記要求信号の送信タイミングを再度変更する
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記通信部は、前記第１の要求信号の送信と前記第１の応答信号の受信を複数回繰り返し、前記第２の要求信号の送信と前記第２の応答信号の受信を複数回繰り返し、
   前記第１の応答信号は、前記他の通信装置による前記第１の要求信号の受信時刻を表す情報と、前記他の通信装置による前記第１の応答信号の送信時刻を表す情報とを含み、
   前記比較部は、前記第１の要求信号の送信時刻と前記他の通信装置での前記第１の要求信号の受信時刻の差の最小値と前記他の通信装置での前記第１の応答信号の送信時刻と前記第１の応答信号の受信時刻の差の最小値の和を前記第１の往復遅延時間として決定し、前記第２の要求信号の送信時刻と前記他の通信装置での前記第２の要求信号の受信時刻の差の最小値と前記他の通信装置での前記第２の応答信号の送信時刻と前記第２の応答信号の受信時刻の差の最小値の和を前記第２の往復遅延時間として決定する
   請求項１または２に記載の通信装置。
4. 前記変更部が前記要求信号の周期を拡大した場合、前記比較部は、前記第１の往復遅延時間から前記第２の往復遅延時間への減少量、周期の拡大量、当該通信装置が備える水晶発信器の精度に基づいて、同期精度が改善したか否か判定し、
   前記変更部は、前記同期精度が改善していないと判定された場合、前記要求信号の周期を再度変更する
   請求項３に記載の通信装置。
5. 前記同期精度が改善したと判定された場合、前記時刻同期部は、前記クロックを調節する
   請求項４に記載の通信装置。
6. 前記時刻同期部は、前記第２の往復遅延時間が前記第１の往復遅延時間よりも短い場合、前記第２の往復遅延時間が前記第１の往復遅延時間よりも短い場合、前記第２の要求信号の送信時刻及び前記他の通信装置での前記第２の要求信号の受信時刻と、前記他の通信装置での前記第２の応答信号の送信時刻及び前記第２の応答信号の受信時刻とを用いて、前記他の通信装置との時刻差を決定し、決定した時刻差を用いて、前記クロックを調節する
   請求項３から５のいずれか一項に記載の通信装置。
7. 前記変更部は、前記要求信号の送信時の位相または前記周期のうち少なくとも一方を変更することにより、前記要求信号の送信タイミングを変更する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の通信装置。
8. 第１の通信装置と、前記第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置と、を備える通信システムであって、
   前記第１の通信装置は、
   前記要求信号を前記複数の第２の通信装置から受信する第１の通信部と、
   前記第１の通信部が複数の第２の通信装置から要求信号を受信した時刻をそれぞれ記録する記録部と、
   前記複数の第２の通信装置から受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、前記複数の第２の通信装置それぞれの要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する決定部と、
   前記送信タイミング情報それぞれを互いに異なる応答信号に含ませ、応答信号それぞれを対応する前記第２の通信装置へ前記第１の通信部から送信させる通知部と、
   を有し、
   前記第２の通信装置は、
   時刻を計時するクロックと、
   前記第１の通信装置に対して応答を要求する要求信号を前記第１の通信装置へ送信し、前記要求信号に応じて送信された応答信号を前記第１の通信装置から受信する第２の通信部と、
   前記応答信号に含まれる送信タイミング情報に基づいて、前記要求信号の送信タイミングを変更する変更部と、
   前記変更部による前記送信タイミング変更後の要求信号である変更後要求信号の送信時刻及び前記他の通信装置での前記変更後要求信号の受信時刻と、前記変更後要求信号に応じて送信された応答信号である前記変更後応答信号の前記他の通信装置での送信時刻及び前記変更後応答信号の受信時刻とを用いて、前記クロックが計時する時刻を調節する時刻同期部と、
   を備える通信システム。
9. 前記決定部は、前記要求信号それぞれの受信時刻が等間隔となる複数の希望受信時刻を決定し、前記第２の通信装置毎に、前記複数の希望受信時刻の中から前記第２の通信装置毎に異なるように選択された一つの時刻と前記第２の通信装置が送信した要求信号の受信時刻との差分を前記送信タイミング情報に決定する
   請求項８に記載の通信システム。
10. 前記要求信号の周期が、前記複数の第２の通信装置の間で同じ場合、前記決定部は、前記第１の通信装置における、前記複数の第２の通信装置からの要求信号の受信タイミングと、前記要求信号の周期を前記第２の通信装置の数で割った値と、を用いて、前記第２の通信装置毎に前記送信タイミングのずらし量を前記送信タイミング情報として決定する
    請求項９に記載の通信システム。
11. 前記要求信号の周期が、前記複数の第２の通信装置の間で異なる場合、前記決定部は、前記第１の通信装置における、前記複数の第２の通信装置からの要求信号の受信タイミングと、前記複数の第２の通信装置の間における前記要求信号の周期の最大公約数を前記第２の通信装置の数で割った値と、を用いて、前記送信タイミングのずらし量を前記送信タイミング情報として決定する
    請求項９に記載の通信システム。
12. 前記応答信号は、前記第１の通信装置による前記要求信号の受信時刻と前記第１の通信装置による前記応答信号の送信時刻とを表す情報を含み、
    前記第２の通信装置は、
    前記要求信号の送信時刻と前記要求信号の受信時刻と前記応答信号の送信時刻と前記応答信号の受信時刻とを用いて往復遅延時間を算出し、算出した往復遅延時間を前記要求信号に含ませ、前記第２の通信部から前記第１の通信装置へ送信させる第２の通知部を更に備え、
    前記決定部は、過去の往復遅延時間と、前記第２の通信部が送信した要求信号に含まれる往復遅延時間とを比較し、比較結果に応じて前記要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する
    請求項８から１１のいずれか一項に記載の通信システム。
13. 複数の第１の通信装置と、前記複数の第１の通信装置のうち一つの第１の通信装置と通信する複数の第２の通信装置と、前記複数の第１の通信装置と通信する第３の通信装置と、を備える通信システムであって、
    前記第３の通信装置は、
    前記第１の通信装置それぞれが前記第１の通信装置に対して応答を要求する要求信号を前記複数の第２の通信装置から受信した受信タイミングを、前記第１の通信装置それぞれから通信により取得する第３の通信部と、
    複数の前記受信タイミングに基づいて、前記複数の第１の通信装置が前記複数の第２の通信装置から受信する複数の要求信号の受信時刻が互いに異なるように、前記第２の通信装置それぞれが送信する要求信号の送信タイミングを特定するための複数の送信タイミング情報を決定する決定部と、
    を有し、
    前記第３の通信部は、前記決定部により決定された複数の送信タイミング情報それぞれを、対応する前記第２の通信装置と通信可能な第１の通信装置へ送信し、
    前記第１の通信装置は、
    前記複数の第２の通信装置それぞれから前記要求信号を受信し、前記要求信号の受信タイミングそれぞれを前記第３の通信装置へ送信し、前記複数の送信タイミング情報を前記第３の通信装置から受信し、互いに異なる前記送信タイミング情報を含む応答信号それぞれを、対応する前記第２の通信装置それぞれへ送信する第１の通信部を有し、
    前記第２の通信装置は、
    前記要求信号を前記第１の通信装置へ送信し、前記第１の通信装置から前記応答信号を受信する第２の通信部と、
    前記送信タイミング情報に基づいて、前記要求信号の送信タイミングを変更する変更部と、
    を有する通信システム。
14. 前記第２の通信装置の前記第２の通信部は、前記要求信号を送信してから前記応答信号を受信するまでの往復遅延時間を前記第３の通信装置へ送信し、
    前記決定部は、前記第２の通信部が送信した往復遅延時間と過去の往復遅延時間とを比較し、比較結果に応じて前記要求信号の送信タイミングを特定するための送信タイミング情報を決定する
    請求項１３に記載の通信システム。

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