JP2018088646A - 時刻同期装置及び時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トラフィックを低減することができる時刻同期装置及び時刻同期方法を提供する。【解決手段】 時刻同期装置は、基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワークに接続される時刻同期装置において、ネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、クロック信号に基づいて接続先の装置と周波数同期を行う周波数同期部と、クロック信号に基づき時刻をカウントする計時部と、時刻について、所定のプロトコルに基づき接続先の装置と時刻同期を行う時刻同期部と、基準時刻の供給源から接続先の装置に至るネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から基準時刻に対する時刻の誤差の許容量を算出し、誤差の許容量と前記クロック信号の精度から接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出する算出部とを有する。【選択図】図１０

Description

本件は、時刻同期装置及び時刻同期方法に関する。

マスタ装置とスレーブ装置の間の時刻同期を行うプロトコルとしてＰＴＰ（Precision Protocol）が知られている。ＰＴＰによると、マスタ装置とスレーブ装置が時刻情報を付与したパケットを互いに送受信することにより、マスタ装置の時刻に対するスレーブ装置の時刻のずれ（オフセット）が算出されるため、スレーブ装置の時刻をマスタ装置の時刻に合わせて補正することができる。なお、ＰＴＰは、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics, Inc.）１５８８に規定されている。

また、ＰＴＰによると、マスタ装置のパケットの送信間隔及びスレーブ装置のパケットの受信間隔を算出することにより、マスタ装置とスレーブ装置の間の周波数同期を行うことも可能である。しかし、ＰＴＰの周波数同期には、例えばＯＣＸＯ（Oven-Controlled crystal Oscillator）のような安定性の高い発振器が必要とされるため、装置コストが増加するおそれがある。

このため、周波数同期をシンクロナスイーサネット（ＳｙｎｃＥ）（イーサネット：登録商標、以下同様）技術により実現することが検討されている。ＳｙｎｃＥによると、スレーブ装置は、マスタ装置から受信したイーサネット信号からクロック信号を抽出することによりマスタ装置と周波数同期を行う。このため、ＳｙｎｃＥの周波数同期には、ＰＴＰの周波数同期とは異なり、安定性の高い発振器が必要とされない。なお、ＳｙｎｃＥは、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication standardization sector）勧告Ｇ．８２６１／Ｙ．１３６１に規定されている。

また、例えば、特許文献１〜３には、ＰＴＰやＳｙｎｃＥを用いた同期技術が開示されている。

国際公開２０１４／０８３６４０号 特開２０１５−９９９８３号公報 特開２０１４−５７１７９号公報

ＳｙｎｃＥによると、スレーブ装置は、マスタ装置のイーサネット信号から抽出したクロック信号と自装置内のフリーランのクロック信号のうち、精度（ppm）の高いほうのクロック信号に同期してイーサネット信号を送信する。このため、ネットワーク全体で見た場合、ＳｙｎｃＥにより得られたクロック信号は、ネットワークのグランドマスタークロックに必ずしも周波数同期しているわけではない。

したがって、クロック信号によりカウントされる時刻は、グランドマスタークロックによりカウントされるネットワークの基準時刻から徐々にずれていく。このため、スレーブ装置は、マスタ装置との間でＰＴＰに基づき時刻同期を行うことにより時刻を補正する必要がある。

しかし、時刻同期処理において、マスタ装置とスレーブ装置の間で大量のパケット（例えば１秒に１２８個）が送受信されるため、ネットワークのトラフィックが増加することによりユーザの通信帯域が圧迫されるおそれがある。

そこで本件は、トラフィックを低減することができる時刻同期装置及び時刻同期方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、時刻同期装置は、基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワークに接続される時刻同期装置において、前記ネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行う周波数同期部と、前記クロック信号に基づき時刻をカウントする計時部と、前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行う時刻同期部と、前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出する算出部とを有する。

１つの態様では、時刻同期方法は、基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行い、前記クロック信号に基づき時刻をカウントし、前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行い、前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出する方法である。

１つの側面として、トラフィックを低減することができる。

無線通信システムの一例を示す構成図である。 装置間の時刻同期及び周波数同期の関係の一例を示す図である。 ＰＴＰに基づく通信の一例を示すシーケンス図である。 「Announce message」のフォーマットを示す図である。 装置間の時刻同期処理の一例を示すシーケンス図である。 ＥＳＭＣ（Ethernet Synchronization Messaging Channel）のイーサネット信号のフォーマットを示す図である。 ＳＳＭ（Synchronization Status Message）コードの品質レベルを示す図である。 ＥＳＭＣによるＳＳＭコードの通知の一例を示すシーケンス図である。 ベースバンドユニットの一例を示す構成図である。 時刻同期処理の一例を示すフローチャートである。 比較例及び実施例の時刻同期による時刻の誤差の補正を示すタイムチャートである。

図１は、無線通信システムの一例を示す構成図である。無線通信システムは、無線基地局などに設けられたベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１と、レイヤ２スイッチなどの複数のスイッチ装置（ＳＷ＃１〜＃Ｎ（Ｎ：正の整数））２を含むパケット転送ネットワークＮＷと、パケット転送ネットワークＮＷに対する基準時刻Ｔｏの供給源であるグランドマスター３とを有する。なお、パケット転送ネットワークＮＷはネットワークの一例である。

ベースバンドユニット１は、スマートフォンなどの無線通信端末などから構成される無線通信ネットワーク９に接続されている。また、ベースバンドユニット１は、パケット転送ネットワークＮＷに接続され、パケット転送ネットワークＮＷから転送されたパケットに対してベースバンド処理などを行った後、無線通信ネットワーク９に送信する。

パケット転送ネットワークＮＷにおいて、各スイッチ装置２は、例えばメッシュ状またはツリー状に互いに接続されている。最上流側のスイッチ装置（ＳＷ＃１，＃９）２はグランドマスター３に接続され、最下流側のスイッチ装置（ＳＷ＃８，＃Ｎ）２はベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１にそれぞれ接続されている。つまり、スイッチ装置（ＳＷ＃８，＃Ｎ）２は、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１の接続先の装置の一例である。

グランドマスター３は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）から電波信号を受信することにより標準時刻情報を取得する。これにより、グランドマスター３は、パケット転送ネットワークＮＷに基準時刻Ｔｏを供給する。パケット転送ネットワークＮＷは、グランドマスター３の基準時刻Ｔｏに基づき時刻同期する。各スイッチ装置２は、グランドマスター３に対してバウンダリークロックとして機能する。

時刻同期は、例えばＰＴＰに基づいて行われる。グランドマスター３からベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１に至る経路Ｐに沿って、装置間の時刻同期が行われる。つまり、経路Ｐは、パケット転送ネットワークＮＷの時刻同期の経路の一例である。経路Ｐは、スイッチ装置（ＳＷ＃１〜＃８）２をこの順に経由する。

ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、ＰＴＰに基づきスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を行う。これにより、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、基準時刻Ｔｏに基づき時刻同期を行う。また、他のベースバンドユニット（ＢＢＵ＃２）１も、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１と同様に基準時刻Ｔｏに基づき時刻同期を行う。したがって、各ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１は、アプリケーションレベルの要求に応じ、互いにタイミングを合わせて（つまり位相同期した状態で）無線通信ネットワーク９と通信することができる。

このように、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１は、時刻同期装置の一例であり、グランドマスター３に対してスレーブクロックとして機能する。

ＩＴＵ−Ｔでは、パケット転送ネットワークＮＷを介したベースバンドユニット１の時刻同期の精度が、基準時刻Ｔｏとの誤差ΔＴの上限値ΔＴｍａｘ（例えば１（μｓ））として規定されている。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１，＃２）１は、一定の通信品質を維持するため、基準時刻Ｔｏに対する時刻の誤差ΔＴが上限値ΔＴｍａｘ以下となるように時刻同期を行う。

このとき、時刻同期の経路Ｐ上の各スイッチ装置２においても基準時刻Ｔｏに対する時刻の誤差Ｔｅは生ずるため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、少なくとも各スイッチ装置２の誤差の総和分の誤差を有することになる。ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、時刻同期の経路Ｐ上の８台分のスイッチ装置２の誤差（８×Ｔｅ）の誤差を有する。

このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、上限値ΔＴｍａｘから８台分のスイッチ装置２の誤差（８×Ｔｅ）を差し引いた値（ΔＴｍａｘ−８×Ｔｅ）が時刻の誤差の許容値となる。例えば、各スイッチ装置２の誤差Ｔｅが５０（ｎｓ）である場合、誤差の許容値は６００（ｎｓ）（＝１（μｓ）−８×５０（ｎｓ））となる。

また、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃２）１についても、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１と同様の方法から時刻の誤差の許容値が算出されるが、以下の例では、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の処理のみを説明する。なお、以下の説明において、時刻同期の経路Ｐ上の各スイッチ装置２の台数（つまり装置数）を時刻同期の「段数」と表記する。

図２は、装置間の時刻同期及び周波数同期の関係の一例を示す図である。図２には、時刻同期の経路Ｐ上の各スイッチ装置（ＳＷ＃１〜＃８）２、グランドマスター３、及びベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１が示されている。

各スイッチ装置（ＳＷ＃１〜＃８）２、グランドマスター３、及びベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１のうち、隣接して接続された一組の装置は、ＰＴＰに基づき通信することにより時刻同期を行う。このとき、一組の装置のうち、上流側の装置はマスタ装置として動作し、下流側の装置はスレーブ装置として動作する。

図３は、ＰＴＰに基づく通信の一例を示すシーケンス図である。マスタ装置は、最初に、「Announce message」を含むＰＴＰパケットをスレーブ装置に送信する。マスタ装置は、「Announce message」により時刻同期に関する各種の属性情報を通知する。

図４は、「Announce message」のフォーマットを示す図である。「Announce message」は、「header」、「origin timestamp」、「currentUtcOffset」、「reserved」、「grandmastePriority1」、「grandmasterClockQuality」、「grandmasterPriority2」、「grandmasterIdentity」、「stepsRemoved」、及び「timeSource」の各領域を有する。

「stepsRemoved」の領域には、時刻同期の段数が含まれる。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２とＰＴＰに基づき通信することにより時刻同期の段数（本例では８段）を取得することができる。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、上記の時刻の誤差の許容値（６００（ｎｓ））を容易に算出することができる。なお、他の領域についてはＩＥＥＥ１５８８に規定されたとおりである。

再び図３を参照すると、マスタ装置は、「Announce message」の送信後、「Sync message」を含むＰＴＰパケットをスレーブ装置に送信する。このとき、マスタ装置は、「Sync message」を含むＰＴＰパケットの送信時刻Ｔ１を記憶する。スレーブ装置は、「Sync message」を含むＰＴＰパケットを受信すると、その受信時刻Ｔ２を記憶する。

次に、マスタ装置は、「Follow_Up message」を含むＰＴＰパケットをスレーブ装置に送信する。このとき、マスタ装置は、「Follow_Up message」を含むＰＴＰパケットに上記の送信時刻Ｔ１を付与する。スレーブ装置は、「Follow_Up message」を含むＰＴＰパケットを受信すると、「Follow_Up message」から送信時刻Ｔ１を取得して記憶する。

次に、スレーブ装置は、「Delay_Request message」を含むＰＴＰパケットをマスタ装置に送信する。このとき、マスタ装置は、「Delay_Request message」を含むＰＴＰパケットの送信時刻Ｔ３を記憶する。マスタ装置は、「Delay_Request message」を含むＰＴＰパケットを受信すると、その受信時刻Ｔ４を記憶する。

次に、マスタ装置は、「Delay_Response message」を含むＰＴＰパケットをスレーブ装置に送信する。このとき、マスタ装置は、「Delay_Response message」を含むＰＴＰパケットに上記の受信時刻Ｔ４を付与する。スレーブ装置は、「Delay_Response message」を含むＰＴＰパケットを受信すると、「Delay_Response message」から受信時刻Ｔ４を取得して記憶する。

Ｔｄｅｌａｙ＝｛（Ｔ４−Ｔ１）−（Ｔ３−Ｔ２）｝／２ ・・・（１）
Ｔｈ＝Ｔ２−Ｔ１−Ｔｄｅｌａｙ ・・・（２）

スレーブ装置は、上記の式（１）から平均伝送路遅延Ｔｄｅｌａｙを算出する。次に、スレーブ装置は、平均伝送路遅延Ｔｄｅｌａｙを用いて上記の式（２）から時刻の補正量Ｔｈを算出する。スレーブ装置は、補正量Ｔｈに基づき時刻を補正する。これにより、スレーブ装置の時刻がマスタ装置の時刻に合わせて補正されるため、マスタ装置とスレーブ装置の間で時刻同期が確立する。

上記のＰＴＰに基づくシーケンスは、以下に述べるように、時刻同期の経路Ｐ上の上流側から下流側に向かって順次にマスタ装置とスレーブ装置の間で行われる。

図５は、装置間の時刻同期処理の一例を示すシーケンス図である。まず、グランドマスター３とスイッチ装置（ＳＷ＃１）２の間で時刻同期が確立される。次に、スイッチ装置（＃１）２とスイッチ装置（ＳＷ＃２）２の間で時刻同期が確立され、さらにスイッチ装置（＃２）２とスイッチ装置（ＳＷ＃３）２の間で時刻同期が確立される。

このようにして、上流側から下流側へ順次に時刻同期が確立されていき、スイッチ装置（＃７）２とスイッチ装置（ＳＷ＃８）２の間で時刻同期が確立された後、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、その接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を確立する。

再び図２を参照すると、上述したように、時刻同期の経路Ｐに沿って時刻同期が順次に確立されるため、各スイッチ装置２及びベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、グランドマスター３の時刻情報に基づき時刻同期が行われることになる。これにより、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１はグランドマスター３と時刻同期を確立する。

また、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、ＳｙｎｃＥの技術に基づいて周波数同期を行う。すなわち、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２から受信したイーサネット信号（パケット）から伝送クロック信号ＣＬＫを抽出し、伝送クロック信号に基づいてスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と周波数同期を行う。なお、伝送クロック信号ＣＬＫはクロック信号の一例であり、イーサネット信号はデータ信号の一例である。

より具体的には、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、イーサネット信号の８Ｂ／１０Ｂ符号から、データに重畳されたクロック情報を抽出して、そのクロック情報からクロック信号ＣＬＫを再生する。そして、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、クロック信号ＣＬＫからＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を用いて装置クロック信号ＣＬＫ’を生成する。

装置クロック信号ＣＬＫｓは、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１内の各種の機能の回路に分配される。例えば、時刻をカウントする時刻カウンタ回路にも装置クロック信号ＣＬＫｓが分配される。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、装置クロック信号ＣＬＫｓの生成元の伝送クロック信号ＣＬＫに基づき時刻をカウントする。

したがって、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の時刻の精度は伝送クロック信号ＣＬＫの精度に依存する。すなわち、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の時刻は、グランドマスター３の基準時刻に対し、伝送クロック信号ＣＬＫの精度に応じた誤差が生ずる。

ＳｙｎｃＥによると、各スイッチ装置２及びベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、受信したイーサネット信号から抽出したクロック信号と自装置内のフリーランのクロック信号のうち、精度の高いほうのクロック信号に同期してイーサネット信号を送信する。このため、パケット転送ネットワークＮＷ全体で見た場合、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と周波数同期するが、その上流側にある他のスイッチ装置（ＳＷ＃１〜＃７）２及びグランドマスター３とは必ずしも周波数同期しているわけではない。

例えば、スイッチ装置（＃８）２は、スイッチ装置（＃７）２から受信したイーサネット信号から伝送クロック信号ＣＬＫ’を抽出するが、伝送クロック信号ＣＬＫ’から送信用の伝送クロック信号ＣＬＫを生成するか否かは、伝送クロック信号ＣＬＫの精度しだいである。スイッチ装置（＃８）２は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度が自装置内のフリーランのクロック信号の精度より高い場合、伝送クロック信号ＣＬＫ’から送信用の伝送クロック信号ＣＬＫを生成する。この場合、スイッチ装置（＃８）２とスイッチ装置（＃７）２の間で周波数同期が確立されるため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１とスイッチ装置（＃７）２の間でも周波数同期が確立されることになる。

一方、スイッチ装置（＃８）２は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度が自装置内のフリーランのクロック信号の精度より低い場合、そのフリーランのクロック信号から送信用の伝送クロック信号ＣＬＫを生成する。この場合、スイッチ装置（＃８）２とスイッチ装置（＃７）２の間で周波数同期が確立されないため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１とスイッチ装置（＃７）２の間でも周波数同期が確立されないことになる。

したがって、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、グランドマスター３とは必ずしも周波数同期しているわけではない。すなわち、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の装置内クロック信号ＣＬＫｓはグランドマスター３のグランドマスタークロックと必ずしも周波数同期しているわけではない。

したがって、伝送クロック信号ＣＬＫによりカウントされる時刻は、グランドマスタークロックによりカウントされるネットワークの基準時刻から徐々にずれていく。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２との間でＰＴＰに基づき時刻同期を行うことにより時刻を補正する必要がある。

しかし、時刻同期処理において、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２とベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の間で大量のパケット（例えば１秒に１２８個）が送受信されるため、パケット転送ネットワークＮＷのトラフィックが増加することによりユーザの通信帯域が圧迫されるおそれがある。

そこで、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、時刻同期の段数から上述した時刻の誤差の許容量を算出しておき、その許容量と伝送クロック信号ＣＬＫの精度（ppm）から時刻同期を行うタイミングを算出する。より具体的には、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、時刻の誤差が上記の上限値ΔＴｍａｘを超えないための時刻同期の周期の最大値を算出する。

ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、その周期に従いスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を行う。このため、時刻同期処理の実行頻度が低減されるので、パケット転送ネットワークＮＷのトラフィックが低減される。以下に、伝送クロック信号ＣＬＫの精度について述べる。

上流側のスイッチ装置２からの伝送クロック信号の精度は、ＳｙｎｃＥに規定されているＥＳＭＣにより下流側のスイッチ装置２及びベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１に通知される。

図６は、ＥＳＭＣのイーサネット信号のフォーマットを示す図である。本フォーマットは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．８２６４に規定されている。

イーサネット信号には、宛先を示すＤＡ（Destination Address）（固定値）と、送信元を示すＳＡ（Source Address）と、ＥＳＭＣのプロトコルの種別を示す「Slow protocol Ethertype」及び「Slow protocol Subtype」（ともに固定値）とを含む。また、イーサネット信号には、「ITU-T OUI」と、「ITU-T subtype」と、「Ver.」（Version）と、「Event Flag」と、「Res.」（Reserved）と、「QL TLV」（Quality Level Type Length Value）と、「Padding」と、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）とを含む。

「ITU-T OUI」及び「ITU-T subtype」には所定の識別子が格納され、「Ver.」にはプロトコルのバージョンが格納される。「Event Flag」は「QL TLV」の変更を通知する。「Event Flag」は、「QL TLV」の変更がない場合、‘０’を示し、「QL TLV」の変更がある場合、‘１’を示す。「Res.」は予約領域であり、「Padding」にはデータ長の調整用の固定パタンデータが格納される。また、ＦＣＳは、データ誤りの訂正符号である。

「QL TLV」には、「Type」、「Length」、固定値０ｘ０（「０ｘ」は１６進数表記）、及びＳＳＭコードが含まれる。「Type」及び「Length」にはデータ種別及びデータ長がそれぞれ格納される（固定値）。ＳＳＭコードは、伝送クロック信号ＣＬＫの品質レベルを示す符号である。

図７は、ＳＳＭコードの品質レベルを示す図である。ＳＳＭコードは、ＩＴＵ−Ｔで規定された各種の品質レベル（ＱＬ−ＰＲＳなど）を示す。品質レベルは、クロック信号の精度に対応する。

このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１及びスイッチ装置２は、ＳＳＭコードに基づいて伝送クロック信号ＣＬＫの精度を判定することができる。例えば、ＳＳＭコードが０１００（２進数）である場合、伝送クロック信号ＣＬＫの精度は１．０×１０^−８と判定される。

図８は、ＥＳＭＣによるＳＳＭコードの通知の一例を示すシーケンス図である。スイッチ装置（＃８）２は、例えば一定の周期でＥＳＭＣのイーサネット信号をベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１に送信する。

スイッチ装置（＃８）２は、最初にＳＳＭコード「００１０」を通知する。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度を１．０×１０^−１１と判定する。

スイッチ装置（＃８）２は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度が変更された場合、「Event Flag」を‘１’とし、変更後のＳＳＭコード「０１００」を通知する。ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、「Event Flag」＝‘１’により伝送クロック信号ＣＬＫの精度の変更を検出し、その変更後の伝送クロック信号ＣＬＫの精度を１．０×１０^−８と判定する。

このように、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、ＳｙｎｃＥの通信により、接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２から伝送クロック信号ＣＬＫの精度を取得する。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度を測定する必要がない。

次に、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１の構成を述べる。

図９は、ベースバンドユニット１の一例を示す構成図である。ベースバンドユニット１は、回線処理部１０、ＰＬＬ回路１１、精度検出部１２、時刻同期処理部１３、時刻カウンタ回路１４、基準タイミング生成回路１５、及びベースバンド処理部１６を有する。

回線処理部１０は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路などにより構成される。回線処理部１０は、イーサネット回線を介してスイッチ装置（ＳＷ＃８）２とイーサネット信号を送受信する。回線処理部１０は、受信したイーサネット信号から伝送クロック信号ＣＬＫを抽出して、ＰＬＬ回路１１に送信する。

ＰＬＬ回路１１は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡなどにより構成され、位相比較部１１０、ループフィルタ１１１、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）１１２、及びＶＣＸＯ（Voltage Controlled crystal Oscillator）１１３を有する。ＰＬＬ回路１１は、ＶＣＸＯ１１３から出力される装置内クロック信号ＣＬＫｓの位相を伝送クロック信号ＣＬＫの位相に同期させる。

位相比較部１１０は、伝送クロック信号ＣＬＫの位相と装置内クロック信号ＣＬＫｓの位相を比較し、その差分を示す制御信号をループフィルタ１１１に出力する。ループフィルタ１１１は、例えばローパスフィルタであり、制御信号のノイズ成分を除去してＤＤＳ１１２に出力する。

ＤＤＳ１１２は、制御信号から伝送クロック信号ＣＬＫの周波数に同期した電圧制御信号を生成してＶＣＸＯ１１３に出力する。ＶＣＸＯ１１３は、電圧制御信号に応じた周波数の装置内クロック信号ＣＬＫｓを出力する。

このように、回線処理部１０及びＰＬＬ回路１１は、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２から受信したイーサネット信号から伝送クロック信号ＣＬＫを抽出し、伝送クロック信号ＣＬＫに基づいてスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と周波数同期を行う。なお、回線処理部１０及びＰＬＬ回路１１は周波数同期部の一例である。

装置内クロック信号ＣＬＫｓは、時刻カウンタ回路１４、基準タイミング生成回路１５、及びベースバンド処理部１６に分配される。また、装置内クロック信号ＣＬＫｓは、位相比較部１１０にフィードバックされる。

時刻カウンタ回路１４は、装置内クロック信号ＣＬＫｓに同期して時刻をカウントする。つまり、時刻カウンタ回路１４は、計時部の一例であり、伝送クロック信号ＣＬＫに従い時刻Ｔｓをカウントする。時刻カウンタ回路１４は、時刻ｔｓを基準タイミング生成回路１５に出力する。

基準タイミング生成回路１５は、装置内クロック信号ＣＬＫｓに同期して動作し、時刻Ｔｓに基づきベースバンド処理部１６に各種の処理タイミングを通知する。ベースバンド処理部１６は、装置内クロック信号ＣＬＫｓに同期して動作し、無線通信ネットワーク９との通信処理を行う。ベースバンド処理部１６は、回線処理部１０との間でイーサネット信号のペイロードに含まれるユーザデータを送受信して、ベースバンド処理を行う。ベースバンド処理部１６は、例えば、基準タイミング生成回路１５から通知されたタイミングに従いパケット送信処理などを行う。

回線処理部１０は、ＥＳＭＣのイーサネット信号を受信すると、精度検出部１２に出力する。精度検出部１２は、ＥＳＭＣのイーサネット信号からＳＳＭコードを取得して、伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔを検出する。精度検出部１２は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔを時刻同期処理部１３に通知する。

時刻同期処理部１３は、例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣなどから構成され、ＰＴＰに基づき時刻同期処理を行う。時刻同期処理部１３は、メッセージ検出部１３０と、タイミング制御部１３１と、タイマ回路１３２と、プロトコル制御部１３３と、メッセージ生成部１３４とを有する。

回線処理部１０は、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２から受信したＰＴＰパケットに含まれるメッセージをメッセージ検出部１３０に出力する。また、メッセージ生成部１３４は、ＰＴＰのメッセージを生成して回線処理部１０に出力し、回線処理部１０は、メッセージ生成部１３４から入力されたメッセージを含むＰＴＰパケットをスイッチ装置（ＳＷ＃８）２に送信する。

メッセージ検出部１３０は、ＰＴＰのメッセージを検出してプロトコル制御部１３３に出力する。プロトコル制御部１３３は、図３に示されたシーケンスに従いＰＴＰに基づく通信処理を行う。このとき、プロトコル制御部１３３は、ＰＴＰのメッセージの生成をメッセージ生成部１３４に指示し、メッセージ生成部１３４は、その指示に従いメッセージを生成して回線処理部１０に出力する。

また、プロトコル制御部１３３は、このシーケンスにおいて、時刻カウンタ回路１４から時刻Ｔ２，Ｔ３を取得する。プロトコル制御部１３３は、上記の式（１）及び式（２）から時刻Ｔｓの補正量Ｔｈを算出し、補正量Ｔｈに基づき時刻Ｔｓを補正する。

このように、プロトコル制御部１３３は、時刻同期部の一例であり、時刻Ｔｓについて、ＰＴＰに基づきスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を行う。なお、ＰＴＰはプロトコルの一例であり、プロトコル制御部１３３は、他のプロトコルに基づき時刻同期を行ってもよい。

メッセージ検出部１３０は、「Announce message」を検出した場合、「Announce message」から時刻同期の段数Ｓｔを抽出してタイミング制御部１３１に出力する。タイミング制御部１３１は、時刻同期の段数Ｓｔからグランドマスター３の基準時刻Ｔｏに対する時刻Ｔｓの誤差の許容量Ｔｋを算出する。

Ｔｋ＝ΔＴｍａｘ−Ｓｔ×Ｔｅ ・・・（３）

より具体的には、タイミング制御部１３１は、基準時刻Ｔｏに対する時刻Ｔｓの誤差の上限値ΔＴｍａｘ、時刻同期の段数Ｓｔ、及び時刻同期の経路Ｐ上の各スイッチ装置２の時刻の誤差Ｔｅに基づき、上記の式（３）から誤差の許容量Ｔｋを算出する。本例において時刻同期の段数Ｓｔは８であるため、各スイッチ装置２の誤差Ｔｅが５０（ｎｓ）であり、上限値ΔＴｍａｘが１（μｓ）である場合、誤差の許容値Ｔｋは６００（ｎｓ）（＝１（μｓ）−８×５０（ｎｓ））と算出される。なお、タイミング制御部１３１は、上限値ΔＴｍａｘ及び誤差Ｔｅを例えばメモリなどの記憶手段に予め記憶している。

また、タイミング制御部１３１は、精度検出部１２から伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔが通知される。タイミング制御部１３１は、算出部の一例であり、誤差の許容量Ｔｋと伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔからスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を行うタイミングを算出する。伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔは、単位時間の伝送クロック信号ＣＬＫの位相のずれを示すため、精度Ｑｔと誤差の許容量Ｔｋから時刻同期後に時刻Ｔｓの誤差が上限値ΔＴｍａｘを超えるまでの所要時間がわかる。このため、タイミング制御部１３１は、精度Ｑｔと誤差の許容量Ｔｋから、時刻Ｔｓの誤差が上限値ΔＴｍａｘを超えないための時刻同期の実行周期Ｔｍを算出する。

Ｔｍ＝Ｔｋ÷Ｑｔ ・・・（４）

より具体的には、タイミング制御部１３１は、精度Ｑｔと誤差の許容量Ｔｋから上記の式（４）により時刻同期の実行周期Ｔｍを算出する。すなわち、タイミング制御部１３１は、誤差の許容量Ｔｋを伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔで除算することによりスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を行うタイミングを算出する。

これにより、タイミング制御部１３１は、時刻の誤差が上限値ΔＴｍａｘを超えないための時刻同期の周期Ｔｍの最大値を算出することができるため、時刻同期処理の実行頻度が最も低くすることができる。なお、タイミング制御部１３１は、上記の式（４）に限定されず、他の計算式に基づき実行周期Ｔｍを算出してもよい。

タイミング制御部１３１は、実行周期Ｔｍをタイマ回路１３２に設定し、タイマ回路１３２を起動する。タイマ回路１３２は、タイマの満了により実行周期Ｔｍの到来を検出してプロトコル制御部１３３に通知する。

プロトコル制御部１３３は、実行周期Ｔｍに従いＰＴＰに基づく時刻同期を行う。より具体的には、プロトコル制御部１３３は、例えば、図３のシーケンスにおいて、実行周期Ｔｍが到来するまでメッセージ生成部１３４に対する「Delay_Request message」の生成指示を保留しておき、実行周期Ｔｍが到来後にその生成指示を実行する。つまり、プロトコル制御部１３３は、実行周期Ｔｍが到来するまで時刻同期処理のシーケンスを中断することにより実行周期Ｔｍに従い時刻同期を行う。これにより、時刻同期処理の実行頻度が低減されるため、パケット転送ネットワークＮＷのＰＴＰパケットのトラフィックが低減される。

図１０は、時刻同期処理の一例を示すフローチャートである。回線処理部１０は、接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２から受信したイーサネット信号から伝送クロック信号ＣＬＫを抽出する（ステップＳｔ１）。次に、ＰＬＬ回路１１は、伝送クロック信号ＣＬＫに基づいてスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と周波数同期を確立する（ステップＳｔ２）。より具体的には、ＰＬＬ回路１１は、伝送クロック信号ＣＬＫと装置クロック信号ＣＬＫｓの位相を同期させる。

次に、時刻カウンタ回路１４は、装置クロック信号ＣＬＫｓに基づき時刻Ｔｓのカウントを開始する（ステップＳｔ３）。次に、プロトコル制御部１３３は、時刻Ｔｓについて、ＰＴＰに基づきスイッチ装置（ＳＷ＃８）２と時刻同期を確立する（ステップＳｔ４）。このとき、タイミング制御部１３１は、「Announce message」から時刻同期の段数Ｓｔを取得する。つまり。タイミング制御部１３１は、ＰＴＰに基づく通信により時刻同期の段数Ｓｔを取得する。このため、タイミング制御部１３１は、時刻の誤差の許容値Ｔｋを容易に算出することができる。

次に、タイミング制御部１３１は、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２からのＥＳＭＣのイーサネット信号からＳＳＭコードを取得する（ステップＳｔ５）。つまり、タイミング制御部１３１は、スイッチ装置（ＳＷ＃８）２から伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔを取得する。このため、ベースバンドユニット（ＢＢＵ＃１）１は、伝送クロック信号ＣＬＫの精度を測定する必要がない。

次に、タイミング制御部１３１は、時刻同期処理の実行周期Ｔｍを算出してタイマ回路１３２に設定する（ステップＳｔ６）。このとき、タイミング制御部１３１は、時刻同期の段数Ｓｔから式（３）を用いてグランドマスター３の基準時刻Ｔｏに対する時刻Ｔｓの誤差の許容量Ｔｋを算出する。また、タイミング制御部１３１は、誤差の許容量Ｔｋと伝送クロック信号ＣＬＫの精度Ｑｔから式（４）を用いて時刻同期処理の実行周期Ｔｍを算出する。

次に、タイミング制御部１３１はタイマ回路１３２を起動する（ステップＳｔ７）。これにより、タイマ回路１３２はタイマ値のカウントを開始する。このとき、プロトコル制御部１３３は、上述したように、タイマ回路１３２のタイマが満了するまでＰＴＰのシーケンスを中断する。

次に、タイマ回路１３２はタイマが満了したか否かを判定する（ステップＳｔ８）。タイマ回路１３２は、タイマが満了した場合（ステップＳｔ８のＹｅｓ）、タイマを停止する（ステップＳｔ９）。次に、プロトコル制御部１３３は、スイッチ装置（＃８）２と時刻同期を確立する（ステップＳｔ１０）。このとき、プロトコル制御部１３３は、中断したＰＴＰのシーケンスを再開する。

次に、プロトコル制御部１３３は、ＰＴＰのシーケンスにおいて式（１）及び式（２）から算出した補正量Ｔｈに基づき時刻Ｔｓを補正する（ステップＳｔ１１）。次に、タイミング制御部１３１は、ＰＴＰのシーケンス中に受信した「Announce message」から時刻同期の段数Ｓｔが前回の値から変化したか否かを判定する（ステップＳｔ１２）。このため、タイミング制御部１３１は、前回の時刻同期の段数Ｓｔをメモリなどの記憶手段に記憶しておき、新たに取得した時刻同期の段数Ｓｔと比較する。

タイミング制御部１３１は、時刻同期の段数Ｓｔが変化した場合（ステップＳｔ１２のＹｅｓ）、新たな段数Ｓｔから時刻同期の実行周期を算出してタイマ回路１３２に設定する（ステップＳｔ６）。その後、ステップＳｔ７以降の処理が再実行される。また、タイミング制御部１３１は、時刻同期の段数Ｓｔが変化していない場合（ステップＳｔ１２のＮｏ）、ステップＳｔ７の処理を再実行する。その後、ステップＳｔ８以降の処理が実行される。

また、タイマが満了した場合（ステップＳｔ８のＮｏ）、タイミング制御部１３１は、メッセージ検出部１３０からＳＳＭコードを取得し（ステップＳｔ１３）、ＳＳＭコードが前回の値から変化したか否かを判定する（ステップＳｔ１４）。このため、タイミング制御部１３１は、前回のＳＳＭコードをメモリなどの記憶手段に記憶しておき、新たに取得したＳＳＭコードと比較する。

タイミング制御部１３１は、ＳＳＭコードが変化していない場合（ステップＳｔ１４のＮｏ）、前回の設定した実行周期のままでタイマ回路１３２を起動する（ステップＳｔ７）。その後、ステップＳｔ８以降の処理が実行される。

ＳＳＭコードが変化している場合（ステップＳｔ１４のＹｅｓ）回線処理部１０は再びイーサネット信号から伝送クロック信号ＣＬＫを抽出し（ステップＳｔ１５）、ＰＬＬ回路１１は、スイッチ（ＳＷ＃８）装置２と周波数同期を確立する（ステップＳｔ１６）。次に、タイミング制御部１３１は、新たなＳＳＭコードが示す精度から時刻同期の実行周期を算出してタイマ回路１３２に設定する（ステップＳｔ６）。その後、ステップＳｔ７以降の処理が再実行される。このようにして、時刻同期は実行される。

図１１は、比較例及び実施例の時刻同期による時刻の誤差の補正を示すタイムチャートである。図１１には、時刻の誤差（実線枠参照）及びその許容量（点線枠参照）が示されている。

比較例において、ベースバンドユニット１は一定の周期Ｔｍ’で時刻同期を行う。これにより、ベースバンドユニット１は、一定の周期Ｔｍ’ごとに時刻を基準時刻Ｔｏに合わせて補正する。このため、時刻の誤差は、その許容量に対して十分に小さい値に維持される。しかし、ベースバンドユニット１とその接続先のスイッチ装置（ＳＷ＃８）２は、一定の周期Ｔｍ’ごとにＰＴＰパケットを送受信するため、パケット転送ネットワークＮＷのトラフィックが増加する。

これに対し、上述した実施例では、比較例の周期Ｔｍ’より長い周期Ｔｍ（＞Ｔｍ’）で時刻同期を行う。このため、時刻の誤差は、比較例とは異なり、次の周期Ｔｍが到来するまでの間に誤差の許容量に近い値となるまで増加する。しかし、ＰＴＰパケットの送受信の頻度は比較例の場合の頻度より小さいため、パケット転送ネットワークＮＷのトラフィックの増加が抑制される。

このように、実施例のベースバンドユニット１は、時刻同期の段数Ｓｔから時刻の誤差の許容量を算出し、その許容量と伝送クロック信号ＣＫＫの精度から時刻同期のタイミングを算出することにより、パケット転送ネットワークＮＷのトラフィックを低減することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワークに接続される時刻同期装置において、
前記ネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行う周波数同期部と、
前記クロック信号に基づき時刻をカウントする計時部と、
前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行う時刻同期部と、
前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出する算出部とを有することを特徴とする時刻同期装置。
（付記２） 前記時刻同期部は、前記算出部により算出された前記タイミングに従い前記接続先の装置と時刻同期を行うことを特徴とする付記１に記載の時刻同期装置。
（付記３） 前記算出部は、前記誤差の許容量を前記クロック信号の精度で除算することにより前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出することを特徴とする付記１または２に記載の時刻同期装置。
（付記４） 前記算出部は、前記接続先の装置から前記クロック信号の精度を取得することを特徴とする付記１乃至３の何れかに記載の時刻同期装置。
（付記５） 前記算出部は、前記経路上の装置数を前記所定のプロトコルに基づく通信により取得することを特徴とする付記１乃至４の何れかに記載の時刻同期装置。
（付記６） 基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、
前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行い、
前記クロック信号に基づき時刻をカウントし、
前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行い、
前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出することを特徴とする時刻同期方法。
（付記７） 算出した前記タイミングに従い前記接続先の装置と時刻同期を行うことを特徴とする付記６に記載の時刻同期方法。
（付記８） 前記誤差の許容量を前記クロック信号の精度で除算することにより前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出することを特徴とする付記６または７に記載の時刻同期方法。
（付記９） 前記接続先の装置から前記クロック信号の精度を取得することを特徴とする付記６乃至８の何れかに記載の時刻同期方法。
（付記１０） 前記経路上の装置数を前記所定のプロトコルに基づく通信により取得することを特徴とする付記６乃至９の何れかに記載の時刻同期方法。

１ ベースバンドユニット
２ スイッチ装置
３ グランドマスター
１０ 回線処理部
１１ ＰＬＬ回路
１２ 精度検出部
１３ 時刻同期処理部
１４ 時刻カウンタ回路
１３１ タイミング制御部
１３２ タイマ回路
１３３ プロトコル制御部
Ｐ 時刻同期の経路
ＮＷ パケット転送ネットワーク

Claims (6)

1. 基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワークに接続される時刻同期装置において、
   前記ネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行う周波数同期部と、
   前記クロック信号に基づき時刻をカウントする計時部と、
   前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行う時刻同期部と、
   前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出する算出部とを有することを特徴とする時刻同期装置。
2. 前記時刻同期部は、前記算出部により算出された前記タイミングに従い前記接続先の装置と時刻同期を行うことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期装置。
3. 前記算出部は、前記誤差の許容量を前記クロック信号の精度で除算することにより前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の時刻同期装置。
4. 前記算出部は、前記接続先の装置から前記クロック信号の精度を取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の時刻同期装置。
5. 前記算出部は、前記経路上の装置数を前記所定のプロトコルに基づく通信により取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の時刻同期装置。
6. 基準時刻に基づき時刻同期を行うネットワーク内の接続先の装置から受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、
   前記クロック信号に基づいて前記接続先の装置と周波数同期を行い、
   前記クロック信号に基づき時刻をカウントし、
   前記時刻について、所定のプロトコルに基づき前記接続先の装置と時刻同期を行い、
   前記基準時刻の供給源から前記接続先の装置に至る前記ネットワーク内の時刻同期の経路上の装置数から前記基準時刻に対する前記時刻の誤差の許容量を算出し、前記誤差の許容量と前記クロック信号の精度から前記接続先の装置と時刻同期を行うタイミングを算出することを特徴とする時刻同期方法。

Images