JP2016152489A - 時刻同期方法および時刻同期装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来、複数のMaster装置が生成した複数の時刻情報の優劣を時刻品質情報に基づいて判定するＢＭＣＡアルゴリズムにおいて、パケット網における時刻情報の品質劣化が考慮されていなかった。
【解決手段】
基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信してスレーブ装置の時刻を同期させる時刻同期方法において、スレーブ装置は、時刻同期パケットの時刻情報に基づいて複数のマスター装置毎に計算されるオフセットを蓄積し、蓄積されたオフセットから複数のマスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定し、複数のマスター装置毎の評価値を比較して評価値が示す時刻品質の状態が高い方のマスター装置の時刻情報に切り替えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の装置間において時刻同期を実現する技術に関する。

携帯電話の基地局等、ネットワークで接続された複数の装置間で連携した動作を行うためには装置間の時刻同期が重要であり、ネットワークを介して時刻情報を送受信することにより装置間の時刻同期を実現する技術が用いられている。例えば、標準時刻を供給するマスター(Master)装置はタイムスタンプを付与した時刻同期用パケット(ＰＴＰ(Precision Time Protocol)パケット)を生成してスレーブ(Slave)装置に送信し、スレーブ装置はマスター装置から受信した時刻同期パケットを終端して装置内の時刻として保持することにより、パケット網を経由した時刻同期を実現する（例えば非特許文献１参照）。しかし、スレーブ装置で時刻同期パケットを受信しない間、スレーブ装置自身が保有する自走クロックにより装置内の時刻をカウントアップするため、マスター装置とスレーブ装置とで時刻のカウントアップ速度が異なり、時刻同期の精度が劣化するという課題がある。

そこで、スレーブ装置は、時刻同期パケットを受信する毎に時刻情報を蓄積し、蓄積した過去の時刻情報と受信した時刻同期パケットの時刻情報とを比較することにより、時刻精度の品質を監視する技術が考えられている（例えば特許文献１参照）。

また、複数台のマスター装置から複数の時刻パスで供給される時刻情報をスレーブ装置で受信して時刻同期を図る場合、スレーブ装置は、複数のマスター装置から複数個の時刻情報を受信し、複数個の時刻情報の中から最も適切な時刻情報を選択してスレーブ装置自身の時刻を同期させる。複数個の時刻情報の中から最も適切な時刻情報を選択するアルゴリズムとして、ＢＭＣＡ(Best Master Clock Algorithm)が開示されている（例えば非特許文献２参照）。

ＩＥＥＥ１５８８−２００８ ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．８２７５．１

特願２０１１−１７００９５号公報

ところが、ＢＭＣＡは、複数のマスター装置が生成した複数の時刻情報の優劣を時刻品質情報に基づいて判定するアルゴリズムであり、マスター装置からスレーブ装置までの伝送路（パケット網）における時刻情報の品質劣化が考慮されていないという問題がある。

本発明は、複数のマスター装置が生成した複数の時刻情報の優劣を判定するアルゴリズムにおいて、時刻情報の品質劣化を考慮した判定を行うことにより、高精度な時刻同期を行うことができる時刻同期方法および時刻同期装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信してスレーブ装置の時刻を同期させる時刻同期方法において、スレーブ装置は、時刻同期パケットの時刻情報に基づいて複数のマスター装置毎に計算されるオフセットを蓄積し、蓄積されたオフセットから複数のマスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定し、複数のマスター装置毎の評価値を比較して評価値が示す時刻品質の状態が高い方のマスター装置の時刻情報に切り替えることを特徴とする。

第２の発明は、スレーブ装置は、オフセットを予め設定された時間積算し、オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を評価値とし、評価値が小さい方のマスター装置の時刻情報に切り替えることを特徴とする。

第３の発明は、スレーブ装置は、マスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、時刻品質の状態を比較する処理を実行することを特徴とする。

第４の発明は、基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信して時刻を同期させる時刻同期装置において、複数のマスター装置のそれぞれに対応して配置され、それぞれのマスター装置との間で時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信してマスター装置との間のオフセットを求める複数の時刻同期処理部と、それぞれの時刻同期処理部が求めたオフセットを複数のマスター装置毎に蓄積し、蓄積されたオフセットから複数のマスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定する蓄積監視部と、蓄積監視部が出力する評価値を比較して評価値が示す時刻品質の状態が高い方のマスター装置に対応する時刻同期処理部を選択する時刻選択部とを有することを特徴とする。

第５の発明は、蓄積監視部は、オフセットを予め設定された時間積算し、オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を評価値として時刻選択部に出力し、時刻選択部は、評価値が小さい方のマスター装置に対応する時刻同期処理部を選択することを特徴とする。

第６の発明は、時刻選択部は、マスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、時刻品質の状態を比較する処理を実行することを特徴とする。

本発明に係る時刻同期方法および時刻同期装置は、複数のマスター装置が生成した複数の時刻情報の優劣を判定するアルゴリズムにおいて、時刻情報の品質劣化を考慮した判定を行うことにより、高精度な時刻同期を行うことができる。

本実施形態における時刻同期ネットワークの一例を示す図である。 装置CoにおけるＢＭＣＡの一例を示す図である。 従来のデータセット比較アルゴリズムの一例を示す図である。 データセット比較アルゴリズムの処理例を示す図である。 本実施形態における時刻同期装置のデータセット比較アルゴリズムの処理例を示す図である。 本実施形態における時刻同期装置の一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明に係る時刻同期方法および時刻同期装置の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における時刻同期ネットワークの一例を示す。図１に示した時刻同期ネットワークは、２台のMaster装置１０１（０）およびMaster装置１０１（１）と、１台のSlave装置１０２とを有する。Slave装置１０２は、伝送路１０３（０）を介してMaster装置１０１（０）に接続されるSlave部１１２（０）と、伝送路１０３（１）を介してMaster装置１０１（１）に接続されるSlave部１１２（１）とを有する。なお、本実施形態では、Slave装置１０２は、Slave部１１２（０）とSlave部１１２（１）との２系統のブロックを有するが、２系統以上であってもよい。

ここで、以降の説明において、Master装置１０１（０）およびMaster装置１０１（１）に共通の事項を説明する場合は符号末尾の（番号）を省略してMaster装置１０１のように表記する。また、特定のMaster装置１０１を指す場合は（番号）を付加して例えばMaster装置１０１（０）のように表記する。Slave部１１２（０）およびSlave部１１２（１）、伝送路１０３（０）および伝送路１０３（１）などについても同様に表記する。

Master装置１０１およびSlave装置１０２は、IEEE1588-2008の規格に準拠した時刻同期の機能を有する。そして、Slave装置１０２のSlave部１１２（０）は、伝送路１０３（０）を介して接続されるMaster装置１０１（０）から取得した時刻、もしくは、外部の装置の時刻に同期せずにSlave部１１２（０）内部のクロックが自走状態で生成された時刻に基づき動作する。同様に、Slave部１１２（１）は、伝送路１０３（１）を介して接続されるMaster装置１０１（１）から取得した時刻に基づき動作する。もしくは、Slave部１１２（１）は、外部の装置の時刻に同期せずにSlave部１１２（１）内部のクロックが自走状態で生成された時刻に基づき動作する。なお、全地球衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)から時刻を取得して時刻同期を行う方法も考えられるが、本実施形態に係るSlave装置１０２は、Master装置１０１との間で送受信する時刻同期パケットから時刻情報を取得して時刻同期を行う。そして、Slave装置１０２は、Master装置１０１（０）およびMaster装置１０１（１）から受信する２つの時刻情報のうち最も適切な時刻情報を選択するＢＭＣＡのデータセット比較アルゴリズムを用いてSlave装置１０２自身の時刻を同期させる。さらに、本実施形態では、ＢＭＣＡのデータセット比較アルゴリズムに時刻情報の品質劣化を考慮した判定処理を設けることにより、Slave装置１０２は、高精度な時刻同期を実現することができる。

ここで、ＢＭＣＡは、IEEE1588-2008の規格に記載されているように、次の２つの計算処理から構成される。第１の処理は、時刻情報を受信する複数のポートのうち時刻品質の高い最良のポートを決定するデータセットの比較処理、第２の処理は、状態ステートマシンにおいて推奨状態を計算する推奨状態の計算処理である。

図２は、IEEE1588-2008の規格に規定されるGM(GrandMaster)またはBC(Boundary Clock)の装置CoにおけるＢＭＣＡの一例を示す。装置Coは、Ｎ個(Ｎは２以上の整数)のポートを有する（図２の例ではＮ＝２）。図２において、装置Coは、REC(0)部２５１、REC(1)部２５２、ＢＭＣＡ処理部２０３およびDIS部２５３を有する。REC(0)部２５１およびREC(1)部２５２は、受信ポートを有し、基準時刻を有するグランドマスター(GM)側からAnnounceメッセージを受信する。Announceメッセージは、時刻同期パケットと同様にIEEE1588-2008の規格で規定される品質メッセージで、クロックソースや品質に関する情報が含まれている。ＢＭＣＡ処理部２０３は、複数個の時刻情報の中から最も適切な時刻情報を選択するアルゴリズムを実行する。DIS部２５３は、データセット比較アルゴリズムにより決定された最も適切な時刻情報を配信する。

また、ＢＭＣＡ処理部２０３は、Erbest(0)部２５４、Erbest(1)部２５５、Ebest部２５６およびDo部２５７を有する。ここで、Do部２５７はデフォルトのデータセットDoを有する。

図２において、装置Coは次の処理を実行する。
(a)装置Coは、REC(0)部２５１のポート”r”に接続される系２０１の伝送路およびREC(1)部２５２のポート”r”に接続される系２０２の伝送路からそれぞれannounceメッセージを受信する。
(b)ＢＭＣＡ処理部２０３のErbest(0)部２５４およびErbest(1)部２５５ 部は、REC(0)部２５１およびREC(1)部２５２のそれぞれのポート”r”について、データセット比較アルゴリズムを用いて最良のメッセージErbestを決定する。なお、データセット比較アルゴリズムは、非特許文献１に記載される「data set comparison algorithm」で、Announceメッセージなどから取得されるクロックソースや品質、優先度などの予め決められた情報(データセット)を比較して最良のメッセージを決定する処理である。
(c)Ebest部２５６は、Ｎ個のポートからなる集合（Ｎ個のErbest部(図２の例ではErbest(0)部２５４およびErbest(1)部２５５)が決定した全ての最良のメッセージErbestの集合）に対して、データセット比較アルゴリズムを実行する。そして、Ebest部２５６は、Ｎ個の全メッセージ(Erbest(0)部２５４およびErbest(1)部２５５がそれぞれ決定した全ての最良のメッセージErbest)の中から最良のメッセージEbestを決定する。

ＢＭＣＡ処理部２０３は、メッセージEbest、ErbestおよびDoを用いて、N個のポート”r”のそれぞれポートの状態遷移ステートマシン(state machine：状態遷移)に適用するイベントを決定するために、状態決定アルゴリズムを実行する。なお、状態決定アルゴリズムは、非特許文献１に記載される「State decision algorithm」である。

このようにして、装置Coは、ＢＭＣＡを実行することにより、最良の時刻品質の時刻に同期させることができる。

ここで、IEEE1588-2008規格で規定されるＢＭＣＡは、例えば図１の場合、Master装置１０１（０）およびMaster装置１０１（１）が生成した時刻情報の優劣を時刻品質情報に基づいて判定するアルゴリズムであるが、時刻情報の品質劣化が考慮されていないという問題がある。そして、Slave装置１０２は、最良であると決定した時刻情報の品質が劣化した場合、品質が劣化した時刻情報に同期し続けるため、時刻同期の精度が悪くなるという問題がある。そこで、本実施形態では、複数のMaster装置が生成した複数の時刻情報の優劣を判定するアルゴリズム(ＢＭＣＡ)において、時刻情報の品質劣化を考慮した判定を組み込むことにより、最良であると決定した時刻情報の品質が劣化した場合でも、常に最良の品質の時刻情報に同期させることができる。

図３は、時刻情報の品質劣化を考慮しない従来のデータセット比較アルゴリズムの一例を示す。ここで、図３で比較するデータセットは、次に示すような情報を有し、Announceメッセージや装置Coの状態などから得られる情報である。
(1)GM clockClass グランドマスター(GM)のトレーサビリティ
(2)GM clockAccuracy GMの時刻精度
(3)GM offsetScaledLogVariance GMの位相揺らぎ
(4)GM priority2 GMの優先度
(5)localPriority 受信ホ゜ートの優先度
(6)GM clockIdentity GMの識別コート゛
(7)StepsRemoved GMからの接続段数
(8)portIdentity of Sender 上流のホ゜ート識別番号
(9)portNumber of Receiver 受信側のホ゜ート番号
以下、図３に示したフローチャートについて説明する。なお、図３のデータセット比較アルゴリズムは、Ebest、ErbestおよびDoのうち任意の２つのデータセットを比較する処理を示す。図３において、２つのデータセットをデータセットＡおよびデータセットＢとする。

ステップＳ１０１において、装置Coは、データセットＡのグランドマスター(GM)のトレーサビリティ(標準時への追跡可能性：時刻の信頼性を示す指標に相当)と、データセットＢのグランドマスター(GM)のトレーサビリティとを比較する。ここで、データセットＡ，Ｂの値が小さい方がGMのトレーサビリティ(信頼性)が高いものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０２の処理に進む。

ステップＳ１０２において、装置Coは、データセットＡのGMの時刻精度と、データセットＢのGMの時刻精度とを比較する。ここで、データセットＡ，Ｂの値が小さい方が精度が高いものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０３の処理に進む。

ステップＳ１０３において、装置Coは、データセットＡのGMの位相揺らぎと、データセットＢのGMの位相揺らぎとを比較する。ここで、データセットＡ，Ｂの値が小さい方が位相揺らぎが小さいものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０４の処理に進む。

ステップＳ１０４において、装置Coは、データセットＡのGMの優先度と、データセットＢのGMの優先度とを比較する。ここで、データセットＡ，Ｂの値が小さい方が優先度が高いものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０５の処理に進む。

ステップＳ１０５において、装置Coは、データセットＡの受信ポートの優先度と、データセットＢの受信ポートの優先度とを比較する。ここで、データセットＡ，Ｂの値が小さい方が優先度が高いものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０６において、装置Coは、データセットＡのGMのトレーサビリティが閾値以下(例えば127以下)であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合は図４のステップＳ１１０に進み、判別結果がＮｏの場合はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において、装置Coは、データセットＡのGMの識別コードと、データセットＢのGMの識別コードとを比較する。ここで、識別コードが小さい方を優先して選択するものとする。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合は図４のステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ１０８において、装置Coは、データセットＡよりも品質が良いデータセットＢに決定する。

ステップＳ１０９において、装置Coは、データセットＢよりも品質が良いデータセットＡに決定する。

図４は、図３に示したデータセット比較アルゴリズムの続きの処理例を示す。なお、図４に示したフローチャートは、本実施形態に係る時刻同期装置と同じ処理である。

ステップＳ１１０において、装置Coは、GMからの接続段数を比較する。比較結果としてＡの接続段数がＢの接続段数の１段以内の場合はステップＳ１１１に進み、比較結果がＡ＞Ｂ＋１の場合（Ａの接続段数がＢの接続段数に１段を加算した段数よりも多い場合）はステップＳ１１６に進み、比較結果がＡ＋１＜Ｂの場合（Ｂの接続段数がＡの接続段数に１段を加算した段数よりも多い場合）はステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１１において、装置Coは、GMからの接続段数を比較する。比較結果がＡ＝Ｂの場合（GMからの接続段数が等しい場合）はステップＳ１１２に進み、比較結果がＡ＞Ｂの場合（Ａの接続段数の方が多い場合）はステップＳ１１４に進み、比較結果がＡ＜Ｂ（Ｂの接続段数の方が多い場合）の場合はステップＳ１１５に進む。

ここで、以下のステップＳ１１２からステップＳ１１５までの処理は、上位の処理でデータセットＡまたはデータセットＢの時刻品質の優劣を比較ができなかった場合に、機械的にいずれかのデータセットを決定するためのアルゴリズムであり、時刻情報の品質の優劣などを比較するための処理ではない。具体的には、装置Coは、データセットＡの上流のポート識別番号、データセットＢの上流のポート識別番号、データセットＡの受信側のポート番号およびデータセットＢの受信側のポート識別番号の４つのパラメータの組み合わせで大小を判別して、データセットＡまたはデータセットＢのいずれかに決定する。

ステップＳ１１２において、装置Coは、データセットＡの上流のポート識別番号と、データセットＢの上流のポート識別番号とを比較する。比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１１３に進み、比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１１８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１１９に進む。

ステップＳ１１３において、装置Coは、データセットＡの受信側のポート番号と、データセットＢの受信側のポート番号とを比較する。比較結果がＡ＝Ｂの場合は処理を終了し、比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１１８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１１９に進む。

ステップＳ１１４において、装置Coは、データセットＡの受信側のポート番号と、データセットＡの上流のポート識別番号とを比較する。比較結果が受信側＝上流側の場合は処理を終了し、受信側＜上流側の場合はステップＳ１１６に進み、受信側＞上流側の場合はステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１５において、装置Coは、データセットＢの受信側のポート番号と、データセットＢの上流のポート識別番号とを比較する。比較結果が受信側＝上流側の場合は処理を終了し、受信側＜上流側の場合はステップＳ１１７に進み、受信側＞上流側の場合はステップＳ１１９に進む。

ステップＳ１１６において、装置Coは、データセットＡよりも時刻情報の品質が良いデータセットＢに決定する。

ステップＳ１１７において、装置Coは、データセットＢよりも時刻情報の品質が良いデータセットＡに決定する。

ステップＳ１１８において、装置Coは、データセットＡよりもトポロジー(ネットワーク接続形態)が良いデータセットＢに決定する。

ステップＳ１１９において、装置Coは、データセットＢよりもトポロジーが良いデータセットＡに決定する。

このように、従来のＢＭＣＡは、データセットの比較結果の良い方が推奨状態となり、推奨される系の時刻情報が選択される。

図３で説明したIEEE1588-2008規格で規定されるＢＭＣＡは、最良の品質の時刻情報を判定するアルゴリズムであるが、時刻情報の品質劣化が考慮されていない。これに対して、本実施形態では、従来のＢＭＣＡにおいて、時刻情報の品質状態の変化を考慮した判定を組み込むことにより、最良であると決定した時刻情報の品質が劣化した場合でも、常に最良の品質の時刻情報に同期させることができる。

図５は、本実施形態における時刻同期装置３０１のデータセット比較アルゴリズムの処理例を示す。本実施形態における時刻同期装置３０１のデータセット比較アルゴリズムは、図３で説明した比較例のデータセット比較アルゴリズムとは異なり、時刻情報の品質状態の変化を考慮した判定処理が組み込まれている。これにより、時刻同期装置３０１は、特に時刻情報の品質が劣化した場合でも、最良の品質の時刻情報に切り替えることができる。なお、図５において、図３で説明した従来例と同符号の処理（ステップＳ１０１からＳ１０３、ステップＳ１０４からＳ１０９）は、図３と同一又は同様の処理を示す。また、図５のフローチャートに続く図４で説明したフローチャートは、本実施形態においても同じである。

図５において、図３と異なるのは、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との間で、ステップＳ２０１の処理を実行することである。

ステップＳ２０１において、本実施形態における時刻同期装置３０１は、時刻情報の品質状態を測定する。時刻情報の品質状態は、例えば上流側装置と送受信する時刻同期パケットに基づいて算出したオフセットを蓄積して、オフセットの変動量をTIE(Time Interval Error(時刻誤差))として求めることにより測定できる。さらにTIEに対して予め決められた演算処理、例えば平均値MTIE(Mean TIE)を算出して時刻情報の品質状態の評価値とする。そして、データセットＡのMTIEと、データセットＢのMTIEとを比較する。こ
こで、MTIEの詳細については後述するが、MTIEの値が大きいほど品質状態は低くなり、逆に、MTIEの値が小さいほど品質状態は高くなる。比較結果がＡ＞Ｂの場合はステップＳ１０８に進み、比較結果がＡ＜Ｂの場合はステップＳ１０９に進み、比較結果がＡ＝Ｂの場合はステップＳ１０４の処理に進む。

ここで、ステップＳ２０１の処理をステップＳ１０３とステップＳ１０４との間で行う理由について説明する。第１の理由として、ステップＳ１０２の時刻精度やステップＳ１０３の位相揺らぎなどのclockQualityの悪化は、上流側装置において時刻同期が正常に行えていない状態が含まれているので、ステップＳ２０１の時刻品質による切り替えよりもclockQualityによる切り替えを優先的に実施する必要がある。第２の理由として、ステップＳ１０４のGMの優先度(priority2)やステップＳ１０５の受信ポートの優先度(localPriority)などのシステム側の意図的な優先付けよりも、時刻品質の劣化による時刻供給先への影響を考慮して、ステップＳ２０１の時刻品質による切り替えをステップＳ１０４やステップＳ１０５よりも優先的に実施する必要がある。

次に、ステップＳ２０１における時刻情報の品質状態を測定する処理について詳しく説明する。なお、本実施形態では、時刻情報の品質状態を測定する方法としてTIEを用いるが、他の方法により時刻情報の品質状態を測定するようにしてもよい。

以下、時刻情報の品質状態としてMTIE(Mean TIE)を用いる方法について説明する。例えばSlave側の時刻同期装置３０１は、Master側から時刻同期パケットを受信する毎に算出する過去の時刻情報(オフセット演算結果)を蓄積し、その変動量をモニタすることで時刻精度の品質状態を監視することができる。

ここで、時刻誤差TIEを単位時間当たりの時刻TIEとして説明する。例えば、時刻同期装置３０１は、単位時間t秒当たり(仮にt=1とする)に単位時間当たりのオフセット値を積算し、その値をOffset(i)とする。ここで、iは１以上の整数である。この場合、単位時間の時刻TIE(i)は（式１）で表すことができる。
時刻TIE(i) = 時刻TIE(i-1) + Offset(i) … （式１）
そして、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、過去T秒分 (例えばT =100秒分) の時刻TIEから最大の時刻TIE_MAXと最小の時刻TIE_MINとを抽出し、時刻MTIE100を（式２）から算出する。時刻MTIE100は、時刻情報の品質状態の評価値である。
時刻MTIE100 = 時刻TIE_MAX - 時刻TIE_MIN … （式２）
ここで、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、時刻情報の品質状態を検出するための閾値を予め設定しておく。そして、時刻同期装置３０１は、（式２）により算出された時刻MTIE100が閾値以上であるか閾値未満であるかを比較し、時刻MTIE値が閾値以上または閾値未満の場合に時刻品質の異常状態を検出する。ここで、時刻同期装置３０１は、比較時点の時刻MTIEの異常を検出した結果がステップＳ２０１のtimeMTIEstate値に対応する。例えば、ＢＭＣＡのソフトウェア処理において、時刻品質を正常状態と異常状態の二値で管理する場合には、比較時点の時刻MTIE値の検出結果をbool型の変数として定義し、判定結果の{OK,NG}をそれぞれ数値{0,1}に対応させることができる。また、時刻品質の異常状態をDegrade(劣化)とFatal(致命的劣化)の2段階に分ける場合(時刻品質の劣化度がDegrade < Fatalの場合)は、ＢＭＣＡのソフトウェア処理において、比較時点の時刻MTIE値の検出結果をenum型の変数として定義し{OK, Degrade, Fatal}とし、それぞれ数値{0, 1, 2}に対応させることができる。或いは、時刻MTIE値自体をＢＭＣＡのソフトウェアで判別するようにしてもよい。

このようにして、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、図５のステップＳ２０１の処理を実行することができる。そして、図５において、時刻同期装置３０１は、ステップＳ１０１からステップＳ１０３までのGMのトレーサビリティ(clockClass)、GMの時刻精度(clockAccuracy)およびGMの位相揺らぎ(offsetScaledLogVarience)の各比較処理において、比較結果が全てA=Bであるとき、ステップＳ２０１においてデータセットＡ，Ｂの品質状態を比較し、品質が良い方を選択系とする。これにより、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、ステップＳ１０１からステップＳ１０３までにおいて、データセットＡとデータセットＢとの比較結果が全て同じである場合でも、時刻情報の品質状態の劣化を判別し、劣化が少ない方の時刻情報を選択することができる。

図６は、図５で説明した本実施形態における時刻同期装置３０１の一例を示す。図６において、時刻同期装置３０１は、ＰＴＰ処理部３０２（０）、ＰＴＰ処理部３０２（１）、時刻選択部３０３、配信時刻発振部３０４、ＰＴＰ処理部３０５（０）、ＰＴＰ処理部３０５（１）および蓄積監視部３０６を有する。ここで、蓄積監視部３０６は、時刻情報を蓄積する時刻情報蓄積部と、時刻情報の精度を監視する時刻精度監視部とに分けてもよい。また、図６の例では、上流側装置および下流側装置に２系統の経路を有する場合について説明するが、２系統以上の経路を有してもよい。

ＰＴＰ処理部３０２（０）は、IEEE1588-2008の規格に基づいて、上流側装置（図１の例ではMaster装置１０１（０））との時刻のズレ（オフセット）を算出する。ＰＴＰ処理部３０２（０）は、パケット送受信処理部３５１（０）、タイムスタンプ処理部３５２（０）およびオフセット演算処理部３５３（０）を有する。パケット送受信処理部３５１（０）は、上流側装置との間で時刻同期パケットを送受信する。タイムスタンプ処理部３５２（０）は、時刻同期パケットを送受信するときの時刻情報（タイムスタンプ）を付加または取得する。オフセット演算処理部３５３（０）は、時刻同期パケットのタイムスタンプ情報により、上流側装置とのオフセットを算出する。

ＰＴＰ処理部３０２（１）は、ＰＴＰ処理部３０２（０）と同様に、上流側装置（図１の例ではMaster装置１０１（１））との間で送受信する時刻同期パケットに基づいて上流側装置とのオフセットを算出する。ＰＴＰ処理部３０２（１）は、パケット送受信処理部３５１（１）、タイムスタンプ処理部３５２（１）およびオフセット演算処理部３５３（１）を有する。パケット送受信処理部３５１（１）、タイムスタンプ処理部３５２（１）およびオフセット演算処理部３５３（１）は、パケット送受信処理部３５１（０）、タイムスタンプ処理部３５２（０）およびオフセット演算処理部３５３（０）と同様に動作する。

時刻選択部３０３は、時刻同期パケットの一種であるannounceメッセージの情報に基づいて図５で説明したＢＭＣＡ処理を実行する。また、時刻選択部３０３は、後述する蓄積監視部３０６からの切替制御によって、時刻パスの選択系を決定する。例えば蓄積監視部３０６が0系の時刻パスに切り替えるように制御した場合、時刻選択部３０３は、ＰＴＰ処理部３０２（０）側に切り替えて、ＰＴＰ処理部３０２（０）がオフセット調整した0系の時刻パスに接続される上流側装置(図１の例ではMaster装置１０１（０）)の時刻を選択する。逆に、蓄積監視部３０６が1系の時刻パスに切り替えるように制御した場合、時刻選択部３０３は、ＰＴＰ処理部３０２（１）側に切り替えて、ＰＴＰ処理部３０２（１）がオフセット調整した1系の時刻パスに接続される上流側装置(図１の例ではMaster装置１０１（１）)の時刻を選択する。

配信時刻発振部３０４は、時刻同期装置３０１が下流側に接続されるSlave装置に対するMaster時計であり、Slave装置が従属すべき時刻情報を保持する。

ＰＴＰ処理部３０５（０）は、下流側装置が配信時刻発振部３０４の時刻とのずれ(オフセット)を算出して、配信時刻発振部３０４に同期できるように、IEEE1588-2008の規格に基づいて、下流側装置(Slave装置)との間で時刻同期パケットを送受信する。また、ＰＴＰ処理部３０５（０）はAnnounceメッセージを下流側の装置に送信し、下流側装置が時刻同期装置３０１と同様に複数のポートを有する場合、図５で説明したＢＭＣＡ処理を実行する。

ＰＴＰ処理部３０５（１）は、ＰＴＰ処理部３０５（０）と同様に、下流側装置との間でAnnounceメッセージを含む時刻同期パケットを送受信する。

蓄積監視部３０６は、ステップＳ２０１で説明したように、0系のＰＴＰ処理部３０２（０）が出力するオフセット演算結果を蓄積して、その変動量をモニタすることで時刻精度の品質状態を監視する。図６において、蓄積監視部３０６は、TIE測定部３６１（０）、TIE測定部３６１（１）、MTIE演算処理部３６２および警報処理部３６３を有する。

TIE測定部３６１（０）は、ステップＳ２０１で説明したように、0系のＰＴＰ処理部３０２（０）が出力するオフセット演算結果を蓄積して、その変動量をTIEとして測定する。例えば、TIEは、時間的に前後してＰＴＰ処理部３０２（０）が求めたオフセット値から変動量として測定する。

TIE測定部３６１（１）は、TIE測定部３６１（０）と同様に、1系のＰＴＰ処理部３０２（１）が出力するオフセット演算結果を蓄積して、その変動量をTIEとして測定する。

MTIE演算処理部３６２は、ステップＳ２０１で説明したように、予め設定された所定期間のTIEからMTIEを求める。例えばステップＳ２０１の（式２）のように、所定期間のTIEの最大値TIE_MAXと最小値TIE_MINとの差分をMTIEとする。

警報処理部３６３は、時刻の精度が劣化した場合に、時刻同期装置を監視するサーバや監視端末に不図示の通信経路で通報する処理を行う。

このように、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、蓄積監視部３０６を設けることによって、時刻精度が劣化したことを検出して時刻精度の劣化を示すパラメータを時刻選択部３０３に出力する。そして、時刻同期装置３０１は、時刻選択部３０３が実行するＢＭＣＡのデータセット比較アルゴリズムに時刻精度の劣化を判定する処理を組み込むことにより、最良であると決定した時刻情報の品質が劣化した場合でも、常に最良の品質の時刻情報に同期させることができる。

例えば、時刻同期パケットを用いて時刻同期している装置間において、時刻同期パケットを一時的に受信できない状態や中継伝送路の異常状態の発生などによって、時刻同期の精度が劣化した場合でも、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、最適な時刻パスを選択することができる。これにより、本実施形態に係る時刻同期装置３０１は、配信時刻の精度が劣化しないように維持することができ、時刻情報を提供するサービスに与える影響を最小限に抑えることができる。

以上、説明したように、本発明に係る時刻同期方法および時刻同期装置は、複数のMaster装置が生成した複数の時刻情報の優劣を判定するアルゴリズムにおいて、時刻情報の品質劣化を考慮した判定を行うことにより、高精度な時刻同期を行うことができる。

１０１（０），１０１（１）・・・Master装置；１０２・・・Slave装置；１０３（０），１０３（１）・・・伝送路；１１２（０）・・・Slave部；２０１，２０２・・・系;２０３・・・ＢＭＣＡ処理部；２５１・・・REC(0)部；２５２・・・REC(1)部；２５３・・・DIS部；２５４・・・Erbest(0)部、２５５・・・Erbest(1)部；２５６・・・Ebest部；２５７・・・Do部；３０１・・・時刻同期装置；３０２（０），３０２（１）・・・ＰＴＰ処理部；３０３・・・時刻選択部；３０４・・・配信時刻発振部；３０５（０），３０５（１）・・・ＰＴＰ処理部；３０６・・・蓄積監視部；３５１（０），３５１（１）・・・パケット送受信処理部；３５２（０），３５２（１）・・・タイムスタンプ処理部；３５３（０），３５３（１）・・・オフセット演算処理部；３６１（０），３６１（１）・・・TIE測定部；３６２・・・MTIE演算処理部；３６３・・・警報処理部

第１の発明は、基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットおよび品質メッセージを通信してスレーブ装置の時刻を同期させる時刻同期方法において、スレーブ装置は、時刻同期パケットの時刻情報に基づいて複数のマスター装置毎に計算されるオフセットを蓄積し、蓄積されたオフセットから複数のマスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定し、それぞれのマスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、評価値を比較する処理を実行して、評価値が示す時刻品質の状態が高い方のマスター装置の時刻情報に切り替えることを特徴とする。

第２の発明は、スレーブ装置は、オフセットを予め設定された時間積算し、オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を評価値とすることを特徴とする。

第３の発明は、基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットおよび品質メッセージを通信して時刻を同期させる時刻同期装置において、複数のマスター装置のそれぞれに対応して配置され、それぞれのマスター装置との間で時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信してマスター装置との間のオフセットを求める複数の時刻同期処理部と、それぞれの時刻同期処理部が求めたオフセットを複数のマスター装置毎に蓄積し、蓄積されたオフセットから複数のマスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定する蓄積監視部と、それぞれのマスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、蓄積監視部が出力する前記評価値を比較する処理を実行して、評価値が示す時刻品質の状態が高い方のマスター装置に対応する時刻同期処理部を選択する時刻選択部とを有することを特徴とする。

第４の発明は、蓄積監視部は、オフセットを予め設定された時間積算し、オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を評価値として時刻選択部に出力することを特徴とする。

Claims (6)

1. 基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信してスレーブ装置の時刻を同期させる時刻同期方法において、
   前記スレーブ装置は、前記時刻同期パケットの時刻情報に基づいて複数の前記マスター装置毎に計算されるオフセットを蓄積し、蓄積された前記オフセットから複数の前記マスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定し、複数の前記マスター装置毎の前記評価値を比較して前記評価値が示す時刻品質の状態が高い方の前記マスター装置の時刻情報に切り替える
   ことを特徴とする時刻同期方法。
2. 請求項１に記載の時刻同期方法において、
   前記スレーブ装置は、前記オフセットを予め設定された時間積算し、前記オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を前記評価値とし、前記評価値が小さい方の前記マスター装置の時刻情報に切り替える
   ことを特徴とする時刻同期方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の時刻同期方法において、
   前記スレーブ装置は、前記マスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、前記時刻品質の状態を比較する処理を実行する
   ことを特徴とする時刻同期方法。
4. 基準時刻を有する複数のマスター装置と時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信して時刻を同期させる時刻同期装置において、
   複数の前記マスター装置のそれぞれに対応して配置され、それぞれの前記マスター装置との間で時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信して前記マスター装置との間のオフセットを求める複数の時刻同期処理部と、
   それぞれの前記時刻同期処理部が求めた前記オフセットを複数の前記マスター装置毎に蓄積し、蓄積された前記オフセットから複数の前記マスター装置毎の時刻品質の状態を示す評価値を測定する蓄積監視部と、
   前記蓄積監視部が出力する前記評価値を比較して前記評価値が示す時刻品質の状態が高い方の前記マスター装置に対応する前記時刻同期処理部を選択する時刻選択部と
   を有することを特徴とする時刻同期装置。
5. 請求項４に記載の時刻同期装置において、
   前記蓄積監視部は、前記オフセットを予め設定された時間積算し、前記オフセットを算出する毎の積算値を比較して最大の積算値と最小の積算値との差を前記評価値として前記時刻選択部に出力し、
   時刻選択部は、前記評価値が小さい方の前記マスター装置に対応する前記時刻同期処理部を選択する
   ことを特徴とする時刻同期装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の時刻同期装置において、
   前記時刻選択部は、前記マスター装置から受信する品質メッセージを利用したＢＭＣＡのアルゴリズムの中の時刻精度の比較処理および位相揺らぎの比較処理を行った後に、前記時刻品質の状態を比較する処理を実行する
   ことを特徴とする時刻同期装置。

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