JP2017063363A - 通信システムおよびパケット交換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通信システムにおいて、時刻同期の精度を向上する通信システムおよびパケット交換装置を提供する。【解決手段】主装置は、基準時刻を管理する基準時刻部と、予め設定された周期的な第1の時刻に、基準時刻部の基準時刻を用いた時刻同期パケットの生成を開始し従装置へ送信するPTP処理部と、時刻同期パケットの生成の開始から終了まではPTP処理部を選択して従装置へ時刻同期パケットを送信し、時刻同期パケットの生成の終了から予め設定された第2の時刻までは主信号処理部を選択して主信号パケットを送信する交換部とを備え、従装置は、ローカル時刻部と、主装置からの主信号パケット、時刻同期パケットを受信する交換部と、時刻同期パケットを受信したときのローカル時刻と、受信した時刻同期パケットに含まれる基準時刻に基づき、ローカル時刻を基準時刻に同期するPTP処理部と、受信主信号パケットを格納する主信号処理部とを備える。【選択図】図5
Description
本発明は、通信システムおよびパケット交換装置に関するものである。
複数の装置が連携して動作するシステムにおいて、各装置の時刻の一致が要求される場合も多い。ネットワークを介して時刻同期パケットを送受信することにより、各装置間で時刻同期するため、IEEE1588ではPTP(Precision Time Protocol)が規定されている。
IEEE1588のPTPはパケットベースで伝送時間を推定する時刻同期であり、パケット伝送路において時刻同期パケット以外の主信号パケットも送信されて衝突が発生する等により、パケット伝送にかかる時間に揺らぎ(PDV:Packet Delay Variance)が生じると、その揺らぎが時刻同期パケットの伝送の場合は、時刻同期精度を悪化させる原因となる。
このような技術に関して例えば、特許文献1には「自装置と通信相手装置とのクロック同期処理を実行するデータ処理部と、前記通信相手装置との通信を実行する通信部を有し、前記データ処理部は、前記通信相手装置に送信予定の実データの非送信期間内に前記通信相手装置との同期パケット送受信を伴うクロック同期処理を実行し、前記クロック同期処理による同期確立後に、前記通信相手装置に対する前記実データの送信を開始する通信装置にある」と記載されている。
特許文献1によれば、時刻同期パケットの送信と主信号パケットの送信とが衝突することはない。しかしながら、送信予定に非送信期間が設けられている必要があり、また各装置の時刻のもととなる信号の周波数に差があって、時刻同期後に精度が低下して行く可能性もある。
そこで本発明の目的は、通信システムにおいて、時刻同期パケットを用いた時刻同期の精度を向上することにある。
本発明に係る代表的な通信しシステムは、時刻を同期する主装置と従装置が接続された通信システムにおいて、前記主装置は、基準時刻を管理する基準時刻部と、予め設定された周期的な第1の時刻に通知し、前記第1の時刻より前の時刻として予め設定された第2の時刻に通知する前記主装置の時刻計測部と、時刻同期パケット以外の主信号パケットを取り出す前記主装置の主信号処理部と、前記第1の時刻の通知に応じて、前記基準時刻部の基準時刻を用いた時刻同期パケットの生成を開始し、時刻同期パケットの生成を終了すると通知する前記主装置のPTP処理部と、前記主装置のPTP処理部の時刻同期パケットの生成の開始から終了までは前記主装置のPTP処理部を選択して、前記従装置へ時刻同期パケットを送信し、時刻同期パケットの生成の終了から前記第2の時刻に通知された時点では前記主装置の主信号処理部を選択して、前記従装置へ主信号パケットを送信する前記主装置の交換部と、を備え、前記従装置は、ローカル時刻を管理するローカル時刻部と、前記主装置から主信号パケットあるいは時刻同期パケットを受信する前記従装置の交換部と、前記主装置からの時刻同期パケットを受信したときのローカル時刻と、前記主装置から受信した時刻同期パケットに含まれる基準時刻に基づき、前記ローカル時刻部の管理するローカル時刻を基準時刻に同期する前記従装置のPTP処理部と、前記主装置から受信した主信号パケットを格納する前記従装置の主信号処理装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、通信システムにおいて、時刻同期パケットを用いた時刻同期の精度を向上することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
(時刻同期システムの構成の説明)
時刻同期ネットワークの構成について、図1〜3を用いて説明する。図1は、時刻同期ネットワークがデイジーチェーン構成である例を示す図である。主装置101−1と従装置102−1a、102−1b、102−1cが数珠繋ぎに配線され、データ転送はバケツリレー式に行われることを特徴とする構成である。以下では、従装置102−1a、102−1b、102−1cを特に区別なく表す場合に従装置102−1と記載し、他の符号も同様に記載する。
時刻同期ネットワークの構成について、図1〜3を用いて説明する。図1は、時刻同期ネットワークがデイジーチェーン構成である例を示す図である。主装置101−1と従装置102−1a、102−1b、102−1cが数珠繋ぎに配線され、データ転送はバケツリレー式に行われることを特徴とする構成である。以下では、従装置102−1a、102−1b、102−1cを特に区別なく表す場合に従装置102−1と記載し、他の符号も同様に記載する。
時刻同期ネットワークシステムは、例えばWAN等の上位ネットワーク網である広域NW網100−1に接続される主装置101−1とそれに接続される少なくとも1つ以上の従装置102−1からなる。主装置101−1は、外部から入力される基準時刻によって正確な時刻を獲得し、その時刻を主装置101−1の備える時計に設定し、接続される従装置102が時刻同期を行う際の基準となる装置である。従装置102−1は、主装置101−1から時刻同期を獲得するために後述する図4に示すIEEE1588にて規定されるシーケンスによって時刻同期パケットの送受信を行うことにより、従装置102−1の備える時計の時刻補正計算を行い、主装置101−1と時刻同期を行う。
従装置102−1aは主装置101−1と直接接続されており、主装置101−1と時刻同期を行う。従装置102−1bが主装置101−1と時刻同期を行う場合、従装置102−1aは主装置101−1と従装置102−1bとの間で時刻同期パケットを中継してもよい。従装置102−1cが主装置101−1と時刻同期を行う場合、従装置102−1a、102−1bは主装置101−1と従装置102−1cとの間で時刻同期パケットを中継してもよい。
主装置101−1と従装置102−1とは、時刻同期パケット以外に本来の動作のための主信号パケットを通信する。主信号パケットは、時刻同期パケットと同じ接続を経由して通信され、主装置101−1により必要に応じて広域NW網100−1と送受信される。
図2は、時刻同期ネットワークがバス構成である例を示す図である。広域NW網100−2との接続の初段である主装置101−2のみがデイジーチェーン構成となり、図では示されていない後段のL2(Layer 2)スイッチによってスター型のネットワーク構成となっている。スター型のネットワーク構成の代わりに、例えば従装置102−2fと主装置101−2とが従装置102−2a等で中継されることなく直接に通信できるため、図2に示すようなバス構成であってもよい。
広域NW網100−2、主装置101−2、従装置102−2それぞれの動作は、図1を用いて説明した広域NW網100−1、主装置101−1、従装置102−1と同じであり、主装置101−2と従装置102−2との通信の接続が異なるだけである。ただし、主装置101−2と従装置102−2とにおいて、主信号パケットが時刻同期パケットと同じ接続を経由して通信される。
図3は、時刻同期ネットワークがツリー構成である例を示す図である。ルートノードである主装置101−3から枝分かれし従装置102−3が接続され、ツリー型のネットワーク構成となっている。このため、主装置101−2は、従装置102−3b、102−3cと通信するために従装置102−3aと通信し、従装置102−3e、102−3fと通信するために従装置102−3dと通信する。
広域NW網100−3、主装置101−3、従装置102−3それぞれの動作は、図1を用いて説明した広域NW網100−1、主装置101−1、従装置102−1と同じであり、主装置101−3と従装置102−3との通信の接続が異なるだけである。ただし、主装置101−3と従装置102−3とにおいて、主信号パケットが時刻同期パケットと同じ接続を経由して通信される。
従装置102−3aは主装置101−3と直接接続されており、主装置101−3と時刻同期を行う。従装置102−3bと主装置101−3と時刻同期を行う場合、従装置102−3aは主装置101−3と従装置102−3bとの間で時刻同期パケットを中継してもよい。
以上で説明した主装置101−1、101−2、101−3は、ネットワーク構成に依存した通信以外の特に時刻同期の動作は同じであるので、時刻同期の動作の説明においては区別することなく主装置101と記載する。また、従装置102−1、102−2、102−3も、ネットワーク構成に依存した通信以外の特に時刻同期の動作は同じであるので、時刻同期の動作の説明においては区別することなく従装置102と記載する。広域NW網100−1、100−2、100−3は、同じ上位ネットワーク網であってもよいし、異なる上位ネットワーク網であってもよいが、時刻同期の動作には影響を与えないため、広域NW網100と記載する。
(IEEE1588の説明)
図4は、時刻同期シーケンスの例を示す図である。図4に示した従装置102は、主装置101と時刻同期を行う従装置であり、主装置101と従装置102との間に中継する従装置が含まれなくてもよく、含まれてもよいが、図示は省略する。主装置101から従装置102が時刻同期を獲得するために、IEEE1588に規定される時刻同期シーケンスにしたがって時刻同期パケットを通信する。
図4は、時刻同期シーケンスの例を示す図である。図4に示した従装置102は、主装置101と時刻同期を行う従装置であり、主装置101と従装置102との間に中継する従装置が含まれなくてもよく、含まれてもよいが、図示は省略する。主装置101から従装置102が時刻同期を獲得するために、IEEE1588に規定される時刻同期シーケンスにしたがって時刻同期パケットを通信する。
時刻同期を予め獲得している主装置101は、時刻同期パケットとしてSyncメッセージ402とDelay_respメッセージ404の送信を行う。この際、Syncメッセージ402の送信時刻として主装置101の備える時計の時刻TaとSyncメッセージ402の受信時刻として従装置102の備える時計の時刻Tbを取得する。
従装置102は時刻同期パケットとしてDelay_reqメッセージ403の送信を行う。この際、Delay_reqメッセージ403の送信時刻として従装置102の備える時計の時刻TcとDelay_reqメッセージ403の受信時刻として主装置101の備える時計の時刻Tdを取得する。
主装置101は時刻TdをDelay_respメッセージによって従装置102へ送信する。これらの時刻同期パケットの送受信シーケンスで得られた時刻Ta、Tb、Tc、Tdを使用して、従装置102は以下の計算により時刻補正値である主装置従装置間の時刻差を得る。
Tb − Ta = 主装置従装置間の時刻差 + 伝送遅延
Td − Tc = − 主装置従装置間の時刻差 + 伝送遅延
{(Tb − Ta) − (Td − Tc)}/ 2 = 主装置従装置間の時刻差
そして、従装置102は、得た主装置従装置間の時間差に基づき、従装置102の備える時計を補正する。なお、図4では、以下の説明に必要な時刻同期パケットのみを説明したが、主装置101と従装置102との間で他の時刻同期パケットが送受信されてもよい。
Td − Tc = − 主装置従装置間の時刻差 + 伝送遅延
{(Tb − Ta) − (Td − Tc)}/ 2 = 主装置従装置間の時刻差
そして、従装置102は、得た主装置従装置間の時間差に基づき、従装置102の備える時計を補正する。なお、図4では、以下の説明に必要な時刻同期パケットのみを説明したが、主装置101と従装置102との間で他の時刻同期パケットが送受信されてもよい。
また、例えばSyncメッセージ402の送信した時刻Taに対して、主信号パケットの送信の干渉により時刻Tbが影響を受けると正しく時刻同期できないが、Delay_respメッセージ404は時刻Tdを伝えるだけであるから、主信号パケットの送信の干渉を受けても時刻同期の精度に影響はない。
(主装置の構成の説明)
図5は、主装置101の構成の例を示す図である。主装置101は、入出力ポート510によって広域NW網100に接続されて主信号パケットを送受信し、入出力ポート511、512によって従装置102と接続されて主信号パケットおよび時刻同期パケットを送受信する。入出力ポート511、512として2個の例を示したが、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。また、入出力ポート511、512は全二重の通信回線のポートであり、パケットの送信と受信を独立して行うことができる。
図5は、主装置101の構成の例を示す図である。主装置101は、入出力ポート510によって広域NW網100に接続されて主信号パケットを送受信し、入出力ポート511、512によって従装置102と接続されて主信号パケットおよび時刻同期パケットを送受信する。入出力ポート511、512として2個の例を示したが、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。また、入出力ポート511、512は全二重の通信回線のポートであり、パケットの送信と受信を独立して行うことができる。
制御部501は、時刻計測部503、パケット交換制御部505、PTP処理部504の制御を行う。基準時刻部502は、外部から入力される基準時刻(例えばGPS等の時刻情報)に同期し、高精度の基準クロックを生成する。生成された基準クロックは、時刻計測部503とPTP処理部504に供給される。
時刻計測部503は、基準時刻部502から供給される基準クロックを用いて、周期的にPTP処理部504へ送信する時刻同期パケット送信開始通知であるトリガー信号Na513の生成を行う。信号Na513はPTP処理部504に供給される。さらに、信号Na513から予め設定された時間後に先行して生成される閾値時間超過通知であるトリガー信号Nc515を生成する。信号Nc515はパケット交換制御部505に供給される。信号Na513の送信時刻から信号Nc515の送信時刻までが、時刻同期パケットと主信号パケットを従装置102に送信する1つの期間となる。この期間については、図7、8を用いて後で説明する。
PTP処理部504は、図4を用いて説明したIEEE1588に規定される時刻同期を行う。主装置101のPTP処理部504は、後で説明するパケット交換部506経由で従装置102のPTP処理部604に対してSyncメッセージ402とDelay_respメッセージ404を生成して送信し、従装置102のPTP処理部604から送信されるDelay_reqメッセージ403を受信する。
時刻同期パケットの送信において、PTP処理部504は時刻計測部503から一定間隔で供給される信号Na513を使用して、Syncメッセージ402を一定間隔で生成して送信する。また、Syncメッセージ402の生成と送信を終了する際には、基準時刻部502から供給される基準クロックを使用し、時刻同期パケット送信終了通知であるトリガー信号Nb514を生成し、パケット交換制御部505へ送信する。
パケット交換制御部505は、PTP処理部504から送信される信号Nb514の受信を条件にパケット交換部506へ主信号送信開始通知を送信する。また、時刻計測部503から送信される信号Nc515の受信を条件にパケット交換部506へ主信号送信停止通知を送信する。
パケット交換部506は、入出力ポート511、512を介して従装置102と通信し、PTP処理部504から送受信される時刻同期パケットを従装置102へ送受信する。また、パケット交換部506は、入出力ポート510を介して広域NW網100と通信し、データパケットである主信号パケットを送受信する。そして、入出力ポート510経由で送受信された主信号パケットを、入出力ポート511、512経由で交換処理する。
主信号パケットの交換処理には、パケットバッファ部509が使用される。パケット交換部506は、パケット交換制御部505から送信される主信号送信開始通知を受信したことを条件に、パケットバッファ部509へ格納された主信号パケットをパケットシェーピング部508によって取り出し、入出力ポート511、512経由で従装置102へ送信する。この送信では、優先度解釈部507によって後述する図8のように優先度の高い主信号パケットから送信される。
また、パケット交換部506は、パケット交換制御部505から送信される主信号送信停止通知を受信したことを条件に、パケットシェーピング部508によって主信号パケットをパケットバッファ部509に格納する。この処理によって、時刻同期パケットを送信する時間を設け、時刻同期パケットと主信号パケットの衝突を回避し、衝突により発生するパケットの揺れを無くすことが可能となる。パケットシェーピング部508は、このように主信号パケットを処理するので、主信号処理部でもある。
時刻同期パケットと主信号パケットの送信のために、パケット交換部506は選択部516を備えてもよい。パケット交換部506の選択部516は、主信号送信開始通知を受信すると、パケットシェーピング部508と入出力ポート511を接続するように選択してもよい。また、選択部516は、主信号送信停止通知を受信した時点で送信中のパケットを最後まで送信すると、あるいは主信号送信停止通知を受信した時点で送信中のパケットがなければ直ちに、PTP処理部504と入出力ポート511を接続するように選択してもよい。
この選択のために、選択部516がパケットシェーピング部508と入出力ポート511を接続するように選択している期間だけ、パケットシェーピング部508はパケットバッファ部509から主信号パケットを取り出すようにしてもよい。
なお、主装置101が受信した時刻同期パケットと主信号パケットは、選択部516では選択しない。選択部516以外に入出力ポート512経由で送信するための別の選択部をパケット交換部506は備えてもよい。パケットバッファ部509はパケットシェーピング部508によってシェーピングされる主信号パケットが格納されるバッファである。以上で説明した他に、主装置101は主信号パケットの処理のための構成を含んでもよい。
(従装置の構成の説明)
図6は、従装置102の構成の例を示す図である。従装置102は、入出力ポート610によって主装置101あるいは他の従装置に接続されて主信号パケットと時刻同期パケットを送受信し、入出力ポート611、612によって他の従装置に接続されて主信号パケットと時刻同期パケットを送受信する。また、従装置102の接続位置によっては、従装置102−1c、従装置102−2、従装置102−3bのように入出力ポート611、612に何も接続されなくてもよい。
図6は、従装置102の構成の例を示す図である。従装置102は、入出力ポート610によって主装置101あるいは他の従装置に接続されて主信号パケットと時刻同期パケットを送受信し、入出力ポート611、612によって他の従装置に接続されて主信号パケットと時刻同期パケットを送受信する。また、従装置102の接続位置によっては、従装置102−1c、従装置102−2、従装置102−3bのように入出力ポート611、612に何も接続されなくてもよい。
入出力ポート611、612として2個の例を示したが、無くてもよいし、1個でもよいし、3個以上であってもよい。また、入出力ポート610、611、612は全二重の通信回線のポートであり、パケットの送信と受信を独立して行うことができる。ここでは、説明を簡単にするために、入出力ポート611、612を使用せず、図6に示した従装置102が、主装置101と時刻同期する例を説明する。
制御部601は時刻計測部603、パケット交換制御部605、PTP処理部604の制御を行う。ローカル時刻部602はローカルクロックを生成するものであり、生成されるローカルクロックは図4を用いて説明した時刻同期シーケンスにしたがいPTP処理部604によって主装置101の基準時刻部502の基準クロックと同期され、同期後は次の同期までローカル時刻部602の中でローカルクロックが生成され続ける。生成されたローカルクロックは、時刻計測部603とPTP処理部604に供給される。
時刻計測部603は、ローカル時刻部602から供給されるローカルクロックを用いて、周期的にPTP処理部604へ送信する時刻同期パケット送信開始通知であるトリガー信号Na613の生成を行う。信号Na613はPTP処理部604に供給される。さらに、信号Na613から、予め設定された時間後に先行して生成される閾値時間超過通知であるトリガー信号Nc615を生成する。信号Nc615はパケット交換制御部605に供給される。信号Na613の送信時刻から信号Nc615の送信時刻までが、時刻同期パケットと主信号パケットを主装置101に送信する1つの期間となる。この期間については、図7、8を用いて後で説明する。
従装置102のPTP処理部604は、パケット交換部606経由で主装置101のPTP処理部504に対してDelay_reqメッセージ403を生成して送信し、主装置101のPTP処理部504から送信されるSyncメッセージ402とDelay_respメッセージ404を受信する。これらの時刻同期パケットの通信で得た時刻Ta、Tb、Tc、Tdの情報を元にIEEE1588で規定される時刻補正計算にしたがって主装置従装置間の時刻差を算出し、算出した時刻差をローカル時刻部602へ送信して時刻補正処理を行う。
時刻同期パケットの送信において、PTP処理部604は時刻計測部603から一定間隔で供給される信号Na613を使用してDelay_reqメッセージ403を一定間隔で生成して送信する。また、Delay_reqメッセージ403の生成と送信を終了する時には、ローカル時刻部602によって供給されるローカルクロックを使用し、時刻同期パケット送信終了通知であるトリガー信号Nb614を生成し、パケット交換制御部505へ送信する。
パケット交換制御部605は、PTP処理部604から送信される信号Nb614を受信したことを条件にパケット交換部606へ主信号送信開始通知を送信する。また、時刻計測部603から送信される信号Nc615を受信したことを条件にパケット交換部606へ主信号送信停止通知を送信する。
パケット交換部606は、入出力ポート610を介して主装置101と通信し、PTP処理部604から送受信される時刻同期パケットを主装置101へ送受信する。また、パケット交換部606は、データパケットである主信号パケットを入出力ポート611、612経由で送受信する。そして、入出力ポート611、612経由で送受信された主信号パケットを、入出力ポート610経由で交換処理する。
主信号パケットの交換処理には、パケットバッファ部609が使用される。パケット交換部606は、パケット交換制御部605から送信される主信号送信開始通知を受信したことを条件に、パケットバッファ部609へ格納された主信号パケットをパケットシェーピング部608によって取り出し、入出力ポート610経由で主装置101へ送信する。この送信では、優先度解釈部607によって後述する図8のように優先度の高いパケットから送信する。
また、パケット交換部606は、パケット交換制御部605から送信される主信号送信停止通知を受信したことを条件に、パケットシェーピング部608によって主信号パケットをパケットバッファ部609に格納する。この処理によって、時刻同期パケットを送信する時間を設け、時刻同期パケットと主信号パケットの衝突を回避し、衝突により発生するパケットの揺れを無くすことが可能となる。パケットシェーピング部608は、このように主信号パケットを処理するので、主信号処理部でもある。
時刻同期パケットと主信号パケットの送信のために、パケット交換部606は選択部616を備えてもよい。パケット交換部606の選択部616は、主信号送信開始通知を受信すると、パケットシェーピング部608と入出力ポート610を接続するように選択してもよい。また、選択部616は、主信号送信停止通知を受信した時点で送信中のパケットを最後まで送信すると、あるいは主信号送信停止通知を受信した時点で送信中のパケットがなければ直ちに、PTP処理部604と入出力ポート610を接続するように選択してもよい。
この選択のために、選択部616がパケットシェーピング部608と入出力ポート610を接続するように選択している期間だけ、パケットシェーピング部608はパケットバッファ部609から主信号パケットを取り出すようにしてもよい。
なお、従装置102が受信した時刻同期パケットと主信号パケットは、選択部616では選択しない。パケットバッファ部609はパケットシェーピング部608によってシェーピングされる主信号パケットが格納されるバッファである。以上で説明した他に、従装置102は主信号パケットの処理のための構成を含んでもよい。
(パケットの送信タイミングの説明)
図7は、主信号パケットを含む送信タイミングの例を示す図である。以下で説明するように、主信号パケットが送信されても時刻同期パケットの送信に影響することはない。なお、主装置101から従装置102へ送信されるパケットと、従装置102から主装置101へ送信されるパケットとは、主装置101と従装置102との間が全二重の通信回線の接続であるので衝突することはない。このため、以下の説明では、主装置101からの送信と従装置102からの送信とをまとめて説明するが、その説明における時刻は同じであっても異なっていても、互いの送信に影響はない。また、図7では、図面の左から右へ時刻の経過を表す。
図7は、主信号パケットを含む送信タイミングの例を示す図である。以下で説明するように、主信号パケットが送信されても時刻同期パケットの送信に影響することはない。なお、主装置101から従装置102へ送信されるパケットと、従装置102から主装置101へ送信されるパケットとは、主装置101と従装置102との間が全二重の通信回線の接続であるので衝突することはない。このため、以下の説明では、主装置101からの送信と従装置102からの送信とをまとめて説明するが、その説明における時刻は同じであっても異なっていても、互いの送信に影響はない。また、図7では、図面の左から右へ時刻の経過を表す。
主装置101および従装置102の時刻計測部503、603のそれぞれは、信号Na513、613の送信時刻である時刻TNa705になると信号Na513、613を送信する。PTP処理部504、604それぞれは、時刻計測部503、603によって生成された信号Na513、613により、主装置101から送信される時刻同期パケット700としてSyncメッセージ402を送信し、従装置102から送信される時刻同期パケット700としてDelay_reqメッセージ403を送信する。信号Na513、613は、予め設定された時刻同期パケットの送信間隔702の周期で送信され、時刻TNa705の次は時刻TNa’708で送信される。
次にPTP処理部504、604のそれぞれは、時刻同期パケット700の生成と送信が終了すると、信号Nb514、614をパケット交換制御部505、605へ送信する。信号Nb514、614の送信時刻は時刻TNb706となる。パケット交換制御部505、605のそれぞれは信号Nb514、614を受信したことを条件に、主信号送信開始通知をパケット交換部506、606へ送信する。このため、時刻TNb706は実質的に主信号送信開始通知の送信時刻でもある。
この主信号送信開始通知に対して、パケット交換部506、606は、時刻同期パケット700以外のパケットである主信号パケット701を時刻TNb706から送信可能となる。時刻計測部503、603のそれぞれは、予め設定された時刻TNc707になると、信号Nc515、615をパケット交換制御部505、605へ送信する。パケット交換制御部505、605は、信号Nc515、615を受信したことを条件に、主信号送信停止通知をパケット交換部506、606へ送信する。このため、時刻TNc707は実質的に主信号送信停止通知の送信時刻でもある。
パケット交換部506、606は主信号送信停止通知を受信したことを条件に、主信号パケット701の送信を停止する。時刻TNc707において、主信号パケット701を構成する複数のパケットの中の1つのパケットの送信の途中であり、直ちに実際の送信を停止できない可能性もある。そこで、パケット送信停止時間703を設け、主信号パケット701の送信が時刻TNc707を過ぎてしまった場合でも、時刻TNa’708までには停止し、次の時刻同期パケットの送信に影響しないようにする。
このために十分な時間をパケット送信停止時間703とし、時刻TNa’708よりパケット送信停止時間703だけ前に時刻TNc707が設定されてもよい。例えばパケット送信停止時間703は最もサイズの大きい主信号パケット1つの送信時間であり、周期的な時刻TNaからその送信時間が減算されて、時刻TNc707として設定されてもよい。なお、主信号送信停止通知により直ちに停止できれば、時刻TNb706から時刻TNc707までが、主信号パケット701を送信できる時刻同期パケットの非送信時間704となる。
時刻TNa705から時刻TNb706までの時刻同期パケット700の送信時間と、実質的なパケット送信停止時間703における、主信号パケットの送信停止中に入力される主信号パケットは、パケットシェーピング部508、608のそれぞれによってパケットバッファ部509,609へ格納される。
主装置101により1つの時刻同期パケット700として送信されるSyncメッセージ402は1つであってもよいし、複数であってもよい。複数の従装置102が接続されており、複数のSyncメッセージ402を送信するために、1つの時刻同期パケット700として複数のSyncメッセージ402を送信してもよい。主装置101は、Syncメッセージ402以外の時刻同期パケットも時刻同期パケット700として送信してもよい。
1つの時刻同期パケットとして複数のSyncメッセージ402等の複数の時刻同期パケットを送信するために、送信される全ての時刻同期パケットはPTP処理部504により、順次送信するように制御されることが望ましい。また、従装置102により1つの時刻同期パケット700として送信されるDelay_reqメッセージ403は1つであることが望ましい。
図8は、優先パケットを含む送信タイミングの例を示す図である。主信号パケットとして優先パケットが送信されても時刻同期パケットの送信に影響することはない。この例での優先パケットはリアルタイム性の高い音声パケット801であり、主信号パケット701の代わりに音声パケット801とその他データパケット802が送信される。
PTP処理部504、604のそれぞれが信号Nb514、614をパケット交換制御部505、605へ送信し、パケット交換部506、606のそれぞれが主信号送信開始通知をパケット交換制御部505、605から受信すると、パケット交換部506、606の優先度解釈部507、607のそれぞれは、優先度の高いと判定された音声パケット801を先に送信し、優先度の低いと判定されたその他データパケット802を音声パケット801の後に送信するよう制御する。
優先度に応じて音声パケット801とその他データパケット802を送信するために、優先度解釈部507、607のそれぞれは、パケットシェーピング部508、608がパケットバッファ部509、609から音声パケット801を先に取り出すように制御してもよい。時刻TNc808により、その他データパケット802は全てのパケットが送信されない可能性もあるが、音声パケット801は送信されてリアルタイム性が確保される。
それ以外の時刻同期パケット800、時刻同期パケットの送信間隔803、パケット送信停止時間804、時刻同期パケットの非送信時間805、時刻TNa806、時刻TNb807、時刻TNc808、時刻TNa’809のそれぞれは、図7を用いて説明した時刻同期パケット700、時刻同期パケットの送信間隔702、パケット送信停止時間703、時刻同期パケットの非送信時間704、時刻TNa705、時刻TNb706、時刻TNc707、時刻TNa’708のそれぞれと同じであるので、説明を省略する。
(主装置の処理フローチャートの説明)
図9は主装置101の送信処理のフローチャートの例を示す図である。Syncメッセージ402の送信開始から送信完了までの処理がステップ901〜903、Syncメッセージ402の非送信時間帯に主信号パケットを交換する処理がステップ904〜906、閾値時間を超過し、次のSyncメッセージ402と主信号パケットの衝突を回避するための処理がステップ907である。ステップ901〜907の一連の処理は、図7、図8に示した時刻同期パケットの送信間隔702、803において実行される。
図9は主装置101の送信処理のフローチャートの例を示す図である。Syncメッセージ402の送信開始から送信完了までの処理がステップ901〜903、Syncメッセージ402の非送信時間帯に主信号パケットを交換する処理がステップ904〜906、閾値時間を超過し、次のSyncメッセージ402と主信号パケットの衝突を回避するための処理がステップ907である。ステップ901〜907の一連の処理は、図7、図8に示した時刻同期パケットの送信間隔702、803において実行される。
まず、時刻TNa705になるとステップ901において主装置101の時刻計測部503は、信号Na513を生成し、PTP処理部504へ送信する。信号Na513を受けたPTP処理部504は、ステップ902でパケット交換部506を制御し、Syncメッセージ402の送信を開始する。ステップ903にてPTP処理部504は、Syncメッセージ402が送信終了したことを条件として、ステップ904にてPTP処理部は信号Nb514をパケット交換制御部505へ送信する。
信号Nb514を受けたパケット交換制御部505は、ステップ905でパケット交換部506へ主信号送信開始通知を送信し、主信号パケット交換開始の制御を行う。主信号送信開始通知を受けたパケット交換部506は、主信号送信停止通知を受けるまで主信号パケットを送信し、パケット交換を行う。この主信号パケットの送信においては、既に説明したように優先度解釈部507の制御に基づきパケットシェーピング部508がパケットバッファ部509を用いて送信する主信号パケットを得る。
一方、時刻TNc707になるとステップ906にて時刻計測部503は、信号Nc515を生成し、パケット交換制御部505へ送信する。信号Nc515を受けたパケット交換制御部505は、ステップ907でパケット交換部506へ主信号送信停止通知を送信し、主信号パケット交換停止の制御を行う。主信号送信停止を受けたパケット交換部506は、主信号パケットの中で送信中のパケット途中のパケットがあれば、そのパケットを最後まで送信して、主信号パケットの送信を停止する。
(従装置の処理フローチャートの説明)
図10は従装置102の送信処理のフローチャートの例を示す図である。Delay_reqメッセージの送信開始から送信完了までの処理がステップ953〜955、Delay_reqメッセージの非送信時間帯に主信号パケットを送信する処理がステップ956〜958、閾値時間を超過し、次のDelay_reqメッセージと主信号パケットの衝突を回避するための処理がステップ959である。ステップ953〜959の一連の処理は、図7、図8に示した時刻同期パケットの送信間隔702、803において実行される。
図10は従装置102の送信処理のフローチャートの例を示す図である。Delay_reqメッセージの送信開始から送信完了までの処理がステップ953〜955、Delay_reqメッセージの非送信時間帯に主信号パケットを送信する処理がステップ956〜958、閾値時間を超過し、次のDelay_reqメッセージと主信号パケットの衝突を回避するための処理がステップ959である。ステップ953〜959の一連の処理は、図7、図8に示した時刻同期パケットの送信間隔702、803において実行される。
従装置102はステップ951にて、主装置101からのSyncメッセージ402を受信する。従装置102のパケット交換部606が受信してPTP処理部604へ送信し、PTP処理部604が受信する。従装置102はステップ952にて、既にローカルクロックと基準クロックの時刻同期が完了しているかを判定し、完了していないと判定された場合、PTP処理部604はステップ954−2で、パケット交換部606を制御し、Delay_reqメッセージ403の送信を直ちに開始する。
送信したDelay_reqメッセージ403に対するDelay_respメッセージ404をパケット交換部606経由で、ステップ960にてPTP処理部604が受信すると、PTP処理部604はステップ961にて、時刻補正計算により主装置従装置間の時間差を算出し、算出した時間差に基づきローカル時刻部602を制御する。時刻同期が完了しているか否かのフラグを設け、ここで、時刻同期が完了したとフラグが設定されてもよい。
ステップ952において時刻同期が完了していると判定された場合、時刻TNa705になるとステップ953において従装置102の時刻計測部603は、信号Na613を生成し、PTP処理部604へ送信する。信号Na613を受けたPTP処理部604は、ステップ954−1でパケット交換部606を制御し、Delay_reqメッセージ403の送信を開始する。ステップ955にてPTP処理部604は、Delay_reqメッセージ403が送信終了したことを条件として、ステップ956にてPTP処理部は信号Nb614をパケット交換制御部605へ送信する。
信号Nb614を受けたパケット交換制御部605は、ステップ957でパケット交換部606へ主信号送信開始通知を送信し、主信号パケット交換開始の制御を行う。主信号送信開始通知を受けたパケット交換部606は、主信号送信停止通知を受けるまで主信号パケットを送信し、パケット交換を行う。この主信号パケットの送信においては、既に説明したように優先度解釈部607の制御に基づきパケットシェーピング部608がパケットバッファ部609を用いて送信する主信号パケットを得る。
一方、時刻TNc707になるとステップ958にて時刻計測部603は、信号Nc615を生成し、パケット交換制御部605へ送信する。信号Nc615を受けたパケット交換制御部605は、ステップ959でパケット交換部606へ主信号送信停止通知を送信し、主信号パケット交換停止の制御を行う。主信号送信停止を受けたパケット交換部606は、主信号パケットの中で送信中のパケット途中のパケットがあれば、そのパケットを再度まで送信して、主信号パケットの送信を停止する。そして、既に説明したステップ960、961を行う。
以上で説明したように、時刻同期パケットの送信と主信号パケットの送信とは選択されるため、これらのパケットが衝突することはなく、時刻同期パケットに伝送の時間の揺らぎすなわちPDVが発生することを防止できる。また、時刻同期パケットの送信間隔702、803で周期的に時刻同期パケットが送信されるため、ローカル時刻部602の時刻のもととなる周波数に誤差や変動があり、時刻同期後に精度が低下して行くとしても、所定の低下にとどめることができる。
周期的な時刻同期パケットの送信においても、パケット送信停止時間703、804を設けるため、時刻同期パケットの送信と主信号パケットの送信との衝突を防止できる。また、音声パケットのようなリアルタイム性の高いパケットは優先的に送信できるため、周期的に時刻同期パケットを送信しても、リアルタイム性を損なうことはない。
101 主装置
102 従装置
502 基準時刻部
503 時刻計測部
504 PTP処理部
505 パケット交換制御部
506 パケット交換部
507 優先度解釈部
508 パケットシェーピング部
509 パケットバッファ部
516 選択部
602 ローカル時刻部
603 時刻計測部
604 PTP処理部
605 パケット交換制御部
606 パケット交換部
607 優先度解釈部
608 パケットシェーピング部
609 パケットバッファ部
616 選択部
102 従装置
502 基準時刻部
503 時刻計測部
504 PTP処理部
505 パケット交換制御部
506 パケット交換部
507 優先度解釈部
508 パケットシェーピング部
509 パケットバッファ部
516 選択部
602 ローカル時刻部
603 時刻計測部
604 PTP処理部
605 パケット交換制御部
606 パケット交換部
607 優先度解釈部
608 パケットシェーピング部
609 パケットバッファ部
616 選択部
Claims (15)
- 時刻を同期する主装置と従装置が接続された通信システムにおいて、
前記主装置は、
基準時刻を管理する基準時刻部と、
予め設定された周期的な第1の時刻に通知し、前記第1の時刻より前の時刻として予め設定された第2の時刻に通知する前記主装置の時刻計測部と、
時刻同期パケット以外の主信号パケットを取り出す前記主装置の主信号処理部と、
前記第1の時刻の通知に応じて、前記基準時刻部の基準時刻を用いた時刻同期パケットの生成を開始し、時刻同期パケットの生成を終了すると通知する前記主装置のPTP処理部と、
前記主装置のPTP処理部の時刻同期パケットの生成の開始から終了までは前記主装置のPTP処理部を選択して、前記従装置へ時刻同期パケットを送信し、時刻同期パケットの生成の終了から前記第2の時刻に通知された時点では前記主装置の主信号処理部を選択して、前記従装置へ主信号パケットを送信する前記主装置の交換部と、
を備え、
前記従装置は、
ローカル時刻を管理するローカル時刻部と、
前記主装置から主信号パケットあるいは時刻同期パケットを受信する前記従装置の交換部と、
前記主装置からの時刻同期パケットを受信したときのローカル時刻と、前記主装置から受信した時刻同期パケットに含まれる基準時刻に基づき、前記ローカル時刻部の管理するローカル時刻を基準時刻に同期する前記従装置のPTP処理部と、
前記主装置から受信した主信号パケットを格納する前記従装置の主信号処理装置と、を備えたこと
を特徴とする通信システム。 - 前記主装置の交換部は、前記第2の時刻に通知された時点で、主信号パケットに含まれる1つのパケットの送信途中である場合、送信途中のパケットを最後まで送信して、主信号パケットの送信を停止すること
を特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 前記従装置は、
予め設定された周期的な第3の時刻に通知し、前記第3の時刻より前の時刻として予め設定された第4の時刻に通知する前記従装置の時刻計測部をさらに備え、
前記従装置の主信号処理部は、主信号パケットを取り出し、
前記従装置のPTP処理部は、前記第3の時刻の通知に応じて前記ローカル時刻部のローカル時刻を用いた時刻同期パケットの生成を開始し、時刻同期パケットの生成を終了すると通知し、
前記従装置の交換部は、前記従装置のPTP処理部の時刻同期パケットの生成の開始から終了までは前記従装置のPTP処理部を選択して、前記主装置へ時刻同期パケットを送信し、前記時刻同期パケットの生成の終了から前記第4の時刻に通知された時点では前記従装置の主信号処理部を選択して、前記主装置へ主信号パケットを送信し、
前記主装置の交換部は、前記従装置から時刻同期パケットあるいは主信号パケットを受信すること
を特徴とする請求項2に記載の通信システム。 - 前記従装置の交換部は、前記第4の時刻に通知された時点で、主信号パケットに含まれる1つのパケットの送信途中である場合、送信途中のパケットを最後まで送信して、主信号パケットの送信を停止すること
を特徴とする請求項3に記載の通信システム。 - 前記主装置と前記従装置は全二重の通信回線で接続されたこと
を特徴とする請求項4に記載の通信システム。 - 前記主装置のPTP処理部と前記従装置のPTP処理部は、IEEE1588の規定にしたがい時刻同期パケットを処理すること
を特徴とする請求項5に記載の通信システム。 - 前記主装置のPTP処理部は、前記第1の時刻の通知に応じてSyncメッセージの生成を開始し、Syncメッセージの生成を終了すると通知し、
前記主装置の交換部は、前記主装置のPTP処理部のSyncメッセージの生成の開始から終了までは前記主装置のPTP処理部を選択して、前記従装置へSyncメッセージを送信すること
を特徴とする請求項6に記載の通信システム。 - 前記従装置のPTP処理部は、前記第3の時刻の通知に応じてDelay_reqメッセージの生成を開始し、Delay_reqメッセージの生成を終了すると通知し、
前記従装置の交換部は、前記従装置のPTP処理部のDelay_reqメッセージの生成の開始から終了までは前記従装置のPTP処理部を選択てし、前記主装置へDelay_reqメッセージを送信すること
を特徴とする請求項7に記載の通信システム。 - 前記主装置は、
前記主装置のPTP処理部によるSyncメッセージの生成の終了の通知の後、主信号パケットの中で優先度の高いパケットを先に取り出すように前記主装置の主信号処理部を制御し、前記従装置へ優先度の高いパケットを先に送信させる前記主装置の優先度制御部を、さらに備えたこと
を特徴とする請求項8に記載の通信システム。 - 前記従装置は、
前記従装置のPTP処理部によるDelay_reqメッセージの生成の終了の通知の後、主信号パケットの中で優先度の高いパケットを先に取り出すように前記従装置の主信号処理部を制御し、前記主装置へ優先度の高いパケットを先に送信させる前記従装置の優先度制御部を、さらに備えたこと
を特徴とする請求項9に記載の通信システム。 - 上位ネットワークと下位ネットワークとの間で主信号パケットを交換するパケット交換装置において、
GPSによって得られた基準時刻を管理する基準時刻部と、
予め設定された周期的な第1の時刻に通知し、前記第1の時刻より前の時刻として予め設定された第2の時刻に通知する時刻計測部と、
前記上位ネットワークから受信された主信号パケットを格納し、格納した主信号パケットを取り出す主信号処理部と、
前記第1の時刻の通知に応じて、前記基準時刻部の基準時刻を用いた時刻同期パケットの生成を開始し、時刻同期パケットの生成を終了すると通知するPTP処理部と、
前記上位ネットワークから主信号パケットを受信し、前記PTP処理部の時刻同期パケットの生成の開始から終了までは前記PTP処理部を選択して、前記下位ネットワークへ時刻同期パケットを送信し、前記時刻同期パケットの生成の終了から前記第2の時刻に通知された時点では前記主信号処理部を選択して、前記下位ネットワークへ主信号パケットを送信する交換部と、
を備えたことを特徴とするパケット交換装置。 - 前記交換部は、前記第2の時刻に通知された時点で、主信号パケットに含まれる1つのパケットの送信途中である場合、送信途中のパケットを最後まで送信して、主信号パケットの送信を停止すること
を特徴とする請求項11に記載のパケット交換装置。 - 前記交換部は、前記下位ネットワークから受信した主信号パケットを前記上位ネットワークへ送信すること
を特徴とする請求項12に記載のパケット交換装置。 - 前記下位ネットワークは全二重の通信回線であること
を特徴とする請求項13に記載のパケット交換装置。 - 前記PTP処理部は、IEEE1588の規定にしたがい時刻同期パケットを処理すること
を特徴とする請求項14に記載のパケット交換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015188288A JP2017063363A (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 通信システムおよびパケット交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015188288A JP2017063363A (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 通信システムおよびパケット交換装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2017063363A true JP2017063363A (ja) | 2017-03-30 |
Family
ID=58430275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2015188288A Pending JP2017063363A (ja) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | 通信システムおよびパケット交換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017063363A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021100180A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 株式会社デンソー | ネットワークシステム、及び制御装置 |
CN113541991A (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | 中车唐山机车车辆有限公司 | 基于时间敏感网络的列车网络控制系统及通信控制方法 |
-
2015
- 2015-09-25 JP JP2015188288A patent/JP2017063363A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021100180A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 株式会社デンソー | ネットワークシステム、及び制御装置 |
JP7322693B2 (ja) | 2019-12-20 | 2023-08-08 | 株式会社デンソー | ネットワークシステム、及び制御装置 |
CN113541991A (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | 中车唐山机车车辆有限公司 | 基于时间敏感网络的列车网络控制系统及通信控制方法 |
CN113541991B (zh) * | 2020-04-20 | 2022-09-27 | 中车唐山机车车辆有限公司 | 基于时间敏感网络的列车网络控制系统及通信控制方法 |
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