JP2018141714A - 時刻同期システムおよび時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減すること。【解決手段】時刻同期システム１０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した標準時刻をスレイブ装置５０に配信する複数のマスタクロック２０と、複数のマスタクロック２０と接続されたコントローラ３０とを備える。コントローラ３０は、所定周期ごとに各マスタクロック２０で保持する標準時刻を受信し、受信した標準時刻を用いて真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する。各マスタクロック２０は、コントローラ３０から送信された補正標準時刻を受信すると、補正標準時刻をスレイブ装置５０に配信する標準時刻として保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワークで接続された装置間で時刻を同期する時刻同期システムおよび時刻同期方法に関する。

従来、標準時刻（ＵＴＣ：世界標準時）に装置内の時計を同期させるための技術として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から時刻情報を受信する方法が知られている（例えば、下記非特許文献１参照）。
また、ＬＡＮなどに接続された端末間における時刻同期を図るため、マスタクロックとスレイブ装置（端末）とを接続し、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いてマスタクロックから配下のスレイブ装置へと標準時刻を配信する技術が実用化されている。
このようなマスタクロックを用いた時刻同期システムにおいて、時刻同期精度の高精度化および高信頼化が求められており、特に高信頼化に対応して複数のマスタクロックを分散配置する網構成が検討されている。複数のマスタクロックを分散配置することにより、より広範囲での時刻同期が可能となる。

坂井 丈泰、"ＧＰＳ／ＧＮＳＳの基礎知識"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２９年２月１３日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.enri.go.jp/~sakai/pub/symp07a.pdf#search=%27gps+%E5%9F%BA%E7%A4%8E%27＞

しかしながら、各マスタクロックにおけるＧＰＳアンテナの設置条件（干渉やマルチパス）、補足したＧＰＳ衛星の状態、環境外乱（天候、電離層影響）等の要因により、各マスタクロックで受信した標準時刻は、真の標準時刻との間にずれがある可能性がある。
真の標準時刻と各マスタクロックで配信する標準時刻のずれが大きくなると、標準時刻に同期するようなアプリケーションや時刻サービスにおいて影響が出る。このため、真の標準時刻と各マスタクロックで配信する標準時刻との絶対時刻誤差の低減が課題となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックと、前記複数のマスタクロックと接続されたコントローラと、を備える時刻同期システムであって、前記コントローラは、それぞれの前記マスタクロックで保持する前記標準時刻を受信するコントローラ側受信部と、それぞれの前記マスタクロックから受信した複数の標準時刻を用いて真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する標準時刻処理部と、前記標準時刻処理部で算出された前記補正標準時刻をそれぞれの前記マスタクロックに送信するコントローラ側送信部と、を備え、前記マスタクロックは、前記ＧＰＳ衛星から前記標準時刻を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部で受信した前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する時刻保持部と、前記時刻保持部で保持する前記標準時刻を前記コントローラに送信するマスタクロック側送信部と、前記コントローラから送信された前記補正標準時刻を受信するマスタクロック側受信部と、を備え、前記時刻保持部は、前記コントローラから前記補正標準時刻を受信した場合、前記補正標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する、ことを特徴とする時刻同期システムとした。

また、請求項５に記載の発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックと、前記複数のマスタクロックと接続されたコントローラと、における時刻同期方法であって、それぞれの前記マスタクロックにおいて前記ＧＰＳ衛星から前記標準時刻を受信するＧＰＳ受信ステップと、それぞれの前記マスタクロックにおいて前記ＧＰＳ衛星から受信した前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する第１の時刻保持ステップと、前記ＧＰＳ衛星から受信した前記標準時刻をそれぞれの前記マスタクロックから前記コントローラに送信する第１の送信ステップと、前記コントローラにおいて、それぞれの前記マスタクロックから送信された複数の標準時刻を受信する第１の受信ステップと、前記コントローラにおいて、それぞれの前記マスタクロックから受信した前記複数の標準時刻を用いて真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する標準時刻処理ステップと、前記補正標準時刻を前記コントローラからそれぞれの前記マスタクロックに送信する第２の送信ステップと、それぞれの前記マスタクロックにおいて前記コントローラから送信された前記補正標準時刻を受信する第２の受信ステップと、それぞれの前記マスタクロックにおいて前記補正標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する第２の時刻保持ステップと、を含んだことを特徴とする時刻同期方法とした。

このようにすることで、それぞれ独立して標準時刻を受信している複数のマスタクロックを、真の標準時刻と推定される補正標準時刻で同期することができ、マスタクロックにおける配信時刻の精度を向上させることができる。また、ネットワーク全体として各エリアに分散配置された全てのマスタクロックが保持する標準時刻を統一化することができ、時刻同期の高精度化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記標準時刻処理部は、前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ受信部の受信状態および環境情報、他のマスタクロックから受信した前記標準時刻の変動量、他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて前記複数の標準時刻それぞれを重み付けして前記補正標準時刻を算出する、ことを特徴とする時刻同期システムとした。

また、請求項６に記載の発明は、前記標準時刻処理ステップでは、前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ衛星からの前記標準時刻の受信状態および環境情報、他のマスタクロックから受信した前記標準時刻の変動量、他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて前記複数の標準時刻それぞれを重み付けして前記補正標準時刻を算出する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。

このようにすることで、それぞれの標準時刻の信頼度を反映した補正標準時刻を算出することができ、補正標準時刻と真の標準時刻との誤差をより低減することができる。

また、請求項３に記載の発明は、前記標準時刻処理部は、複数の前記マスタクロックのうち通信ができないマスタクロックがある場合は、当該通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックから受信した前記標準時刻を用いて前記補正標準時刻を算出し、前記コントローラ側送信部は、前記通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックに前記補正標準時刻を送信し、前記マスタクロックは、隣接する他のマスタクロックと接続するマスタクロック間通信部を更に備えており、前記コントローラと通信できない場合には、前記マスタクロック間通信部により前記他のマスタクロックから前記補正標準時刻を受信する、ことを特徴とする時刻同期システムとした。

また、請求項７に記載の発明は、前記標準時刻処理ステップでは、複数の前記マスタクロックのうち通信ができないマスタクロックがある場合は、当該通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックから受信した前記標準時刻を用いて前記補正標準時刻を算出し、前記第２の送信ステップでは、前記通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックに前記補正標準時刻を送信し、前記通信ができないマスタクロックにおいて、前記第２の受信ステップに代えて、隣接する他のマスタクロックから前記補正標準時刻を受信するクロック間通信ステップを実行する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。

このようにすることで、コントローラとの通信ができない通信断マスタクロックがある場合でも、補正標準時刻を算出することができる。また、通信断マスタクロック側にも隣接するマスタクロックから補正標準時刻を送信することができ、ネットワークの一部に故障が生じた場合でも配信時刻の信頼性を維持することができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記マスタクロック側送信部および前記マスタクロック側受信部は、前記コントローラに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するマスタクロック側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、前記コントローラ側受信部および前記コントローラ側送信部は、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられた複数の送信器および受信器と、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられ前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信する複数のコントローラ側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、前記コントローラは、前記マスタクロック側ＰＴＰ処理部と前記コントローラ側ＰＴＰ処理部とを、相互にマスタ状態とスレイブ状態とに切り替えることによって前記標準時刻および前記補正標準時刻を送受信させる切替部を更に備える、ことを特徴とする時刻同期システムとした。

また、請求項８に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記第１の送信ステップおよび第２の受信ステップは、それぞれの前記マスタクロック内に設けられ前記コントローラに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するマスタクロック側ＰＴＰ処理部とによって実行され、前記第１の受信ステップおよび前記第２の送信ステップは、前記コントローラ内に設けられそれぞれの前記マスタクロックに接続された複数の送信器および受信器と、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられ前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信する複数のコントローラ側ＰＴＰ処理部とによって実行され、前記コントローラにおいて、前記マスタクロック側ＰＴＰ処理部と前記コントローラ側ＰＴＰ処理部とを、相互にマスタ状態とスレイブ状態とに切り替えることによって前記標準時刻および前記補正標準時刻を送受信させる、ことを特徴とする時刻同期方法とした。

このようにすることで、他の時刻同期プロトコルと比較して時刻同期精度が高いＰＴＰを用いて時刻情報をやり取りするので、マスタクロックから配信する標準時刻をより高精度化する上で有利となる。

本発明によれば、複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減する上で有利となる。

実施の形態にかかる時刻同期システムの構成を示す説明図である。 マスタクロックの構成を示すブロック図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 マスタクロックの処理を示すフローチャートである。 コントローラの処理を示すフローチャートである。 ＰＴＰ処理部による時刻同期処理を示す説明図である。

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる時刻同期システムおよび時刻同期方法を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる時刻同期システム１０の構成を示す説明図である。
時刻同期システム１０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した標準時刻をスレイブ装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）に配信する複数のマスタクロック２０（２０Ａ〜２０Ｆ）と、各マスタクロック２０Ａ〜２０Ｆと接続されたコントローラ３０と、を備える。
時刻同期システム１０は、複数のマスタクロック２０とコントローラ３０との間でＰＴＰによる同期を用いて時刻誤差を低減し、各マスタクロック２０で配信する標準時刻の真の標準時刻からの絶対時刻誤差を最小化する。

ＧＰＳ衛星４０は、原子時計４２を搭載し、標準時刻（ＵＴＣ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｉｍｅ）を含む信号を送信する。
マスタクロック２０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した信号から標準時刻を抽出し、配下のスレイブ装置５０に標準時刻を配信する。各マスタクロック２０は相互に接続されており（マスタクロックネットワークＮ）、各マスタクロック２０間で同一周波数による周波数同期が確立されているものとする。

スレイブ装置５０としては、例えばバウンダリクロック（Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｃｌｏｃｋ：ＢＣ）５０Ａやサービスノード５０Ｂなどが挙げられる。詳細は後述するが、マスタクロック２０とスレイブ装置５０との間では、ＰＴＰを用いて標準時刻が配信される。
コントローラ３０は、時刻同期システム１０内の全てのマスタクロック２０Ａ〜２０Ｆと接続されている。コントローラ３０は、例えばＥＭＳ（Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）／ＮＭＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラやＳＤＮ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）コントローラなどとする。

図２は、マスタクロック２０の構成を示すブロック図である。
マスタクロック２０は、ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ受信部）２０２、時刻保持部２０６、時刻配信部２０７、同期処理部２２０（２２０Ａ，２２０Ｂ）、ポート状態切替部２３０、時刻切替部２３２を備える。

ＧＰＳアンテナ２０２は、ＧＰＳ衛星４０から標準時刻を受信する。ＧＰＳアンテナ２０２による標準時刻の受信は所定周期で行われる。
時刻保持部２０６は、スレイブ装置５０に配信する標準時刻を保持する。時刻保持部２０６は、内蔵する時計を標準時刻に同期させることにより標準時刻を保持する。時刻保持部２０６で保持する時刻は、時刻切替部２３２により切り替えられる。すなわち、ＧＰＳアンテナ２０２で標準時刻を受信した場合にはＧＰＳ衛星４０から受信した標準時刻に時刻保持部２０６内の時計が同期される。また後述するように、コントローラ３０から補正標準時刻を受信した場合には、受信した補正標準時刻に時刻保持部２０６内の時計が同期される。

時刻配信部２０７は、時刻配信用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）２０８、時刻配信用送信器（送信器）２１０、時刻配信用受信器（受信器）２１２、時刻配信用ポート（ＰＴＰポート）２１４を含んで構成される。
時刻配信用ＰＴＰ処理部２０８は、時刻配信用送信器２１０、時刻配信用受信器２１２、時刻配信用ポート２１４を介してスレイブ装置５０とタイムスタンプをやり取りすることにより、時刻保持部２０６に保持されている標準時刻をスレイブ装置５０に配信する。より詳細には、タイムスタンプをやり取りによって、スレイブ装置５０で自装置側の時計とマスタクロック２０側の時計とのオフセットを計算することにより、スレイブ装置５０の時計をマスタクロック２０が保持する標準時刻に同期させる。

図６は、ＰＴＰ処理部による時刻同期処理を示す説明図である。
図６に示す処理では、マスタクロック２０（以下、「マスタ側」という）からスレイブ装置５０（以下、「スレイブ側」という）への経路における遅延時間と、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間とを用いて、マスタ側時刻に対するスレイブ側時刻のオフセットを算出する。

最初に、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間を算出する。
まず、マスタ側からスレイブ側にＳｙｎｃメッセージを送信する（Ｓ１）。Ｓｙｎｃメッセージには、当該Ｓｙｎｃメッセージの送信時刻Ｔ１の予測値が含まれる。つぎに、マスタ側からスレイブ側に、実際のＳｙｎｃメッセージの送信時刻Ｔ１を含むＳｙｎｃ ｆｏｌｌｏｗ ｕｐメッセージを送信する（Ｓ２）。
スレイブ側は、マスタ側からＳｙｎｃメッセージを受け取った時刻Ｔ２を記録する（Ｓ３）。
時刻Ｔ１と時刻Ｔ２から、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間を算出することができる。すなわち、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間＝Ｔ２−Ｔ１である。

つぎに、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間を算出する。
まず、スレイブ側からマスタ側にＤｅｌａｙ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを送信し（Ｓ４）、スレイブ側においてＤｅｌａｙ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージの送信時刻Ｔ３を記録する（Ｓ５）。つぎに、マスタ側からスレイブ側に、マスタ側でＤｅｌａｙ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを受信した時刻Ｔ４を含むＤｅｌａｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅメッセージを送信する（Ｓ６）。
時刻Ｔ３と時刻Ｔ４から、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間を算出することができる。すなわち、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間＝Ｔ４−Ｔ３である。

マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間（第１の遅延時間）およびスレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間（第２の遅延時間）を用いて、マスタ−スレイブ間の片道遅延時間を、下記式（１）を用いて算出することができる。
片道遅延時間＝（第１の遅延時間＋第２の遅延時間）／２＝（（Ｔ２−Ｔ１）＋（Ｔ４−Ｔ３））／２ ・・・（１）
そして、下記式（２）を用いてマスタ側時刻に対するスレイブ側時刻のオフセット（時刻ずれ）を算出する。
スレイブ側オフセット＝第１の遅延時間−片道遅延時間＝（（Ｔ２−Ｔ１）−（Ｔ４−Ｔ３））／２ ・・・（２）

図２の説明に戻り、同期処理部２２０（２２０Ａ，２２０Ｂ）は、コントローラ３０および他のマスタクロック２０との間で時刻情報（タイムスタンプ）をやり取りし、真の標準時刻と推定される補正標準時刻を取得する。
同期処理部２２０は複数設けられており、このうち同期処理部２２０Ａはコントローラ３０と接続され、他の同期処理部２２０Ｂは隣接する他のマスタクロック２０と接続される。すなわち、同期処理部２２０Ｂは、隣接する他のマスタクロックと接続するマスタクロック間通信部に対応する。隣接する他のマスタクロック２０が複数ある場合は、その数だけ他マスタクロック用の同期処理部２２０を設ける。

同期処理部２２０（２２０Ａ，２２０Ｂ）は、それぞれ同期用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）２２２（２２２Ａ，２２２Ｂ）、同期用送信器（送信器）２２４（２２４Ａ，２２４Ｂ）、同期用受信器（受信器）２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ）、同期用ポート（ＰＴＰポート）２２８（２２８Ａ，２２８Ｂ）を備える。
同期用ＰＴＰ処理部２２２は、同期用送信器２２４、同期用受信器２２６、同期用ポート２２８を介してコントローラ３０または他のマスタクロック２０とタイムスタンプをやり取りすることにより、真の標準時刻と推定される補正標準時刻を取得する。
詳細は後述するが、補正標準時刻の取得は、通常時はコントローラ３０と接続された同期処理部２２０Ａにより行うが、コントローラ３０とマスタクロック２０との接続が切断されている場合には、他のマスタクロック２０と接続された同期処理部２２０Ｂにより行う。

同期用ＰＴＰ処理部２２２の処理は、図６を用いて説明した時刻配信用ＰＴＰ処理部２０８と同様であるが、時刻配信用ＰＴＰ処理部２０８はマスタ側の動作のみを行うのに対して、同期用ＰＴＰ処理部２２２はポート状態切替部２３０からの制御によりマスタ側およびスレイブ側の動作を切り替えることが可能である。なお、ポート状態切替部２３０はコントローラ３０に接続されており、コントローラ３０からの制御信号により、同期用ＰＴＰ処理部２２２の動作をマスタ側とスレイブ側との間で切り替える。
以下、同期用ＰＴＰ処理部２２２の動作がマスタ側の状態にあることを「マスタ状態」、スレイブ側の状態にあることを「スレイブ状態」という。
また、同期用ＰＴＰ処理部２２２の動作状態が切り替わると、同期用ポート２２８のポート状態が切り替わることになる。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２２２がマスタ状態にある場合には対応する同期用ポート２２８がマスタ側ポートとなり、同期用ＰＴＰ処理部２２２がスレイブ状態にある場合には、対応する同期用ポート２２８がスレイブ側ポートとなる。

同期用ＰＴＰ処理部２２２がマスタ状態に切り替えられている際は、時刻保持部２０６で保持する標準時刻に基づくタイムスタンプを含むメッセージをスレイブ側（コントローラ３０または他のマスタクロック２０）に送信する。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２２２がマスタ状態に切り替えられている際は、時刻保持部２０６で保持する標準時刻をコントローラ３０等に送信するマスタクロック側送信部として同期処理部２２０が機能する。
一方、同期用ＰＴＰ処理部２２２がスレイブ状態に切り替えられている際は、マスタ側（コントローラ３０または他のマスタクロック２０）から送信されたタイムスタンプおよび時刻保持部２０６で保持する標準時刻を用いてマスタ側時刻に対する自装置側のオフセットを算出する。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２２２がスレイブ状態に切り替えられている際は、コントローラ３０等から送信された補正標準時刻を受信するマスタクロック側受信部として同期処理部２２０が機能する。

時刻切替部２３２は、時刻保持部２０６に保持する時刻を、ＧＰＳアンテナ２０２で受信した標準時刻および同期処理部２２０で取得した補正標準時刻との間で切り替える。時刻切替部２３２は、ＧＰＳアンテナ２０２で標準時刻を受信した際には受信した標準時刻を時刻保持部２０６に保持させる。また、いずれかの同期処理部２２０で補正標準時刻を取得した際には、取得した補正標準時刻を時刻保持部２０６に保持させる。

図３は、コントローラ３０の構成を示すブロック図である。
コントローラ３０は、同期処理部３１０、標準時刻処理部３２０、重み付け情報管理部３２２、時刻保持部３２４、ポート状態切替部３２６、マスタクロック制御部３２８を備える。
同期処理部３１０（３１０Ａ〜３１０ｎ）は、同期用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）３１２（３１２Ａ〜３１２ｎ）、同期用送信器（送信器）３１４（３１４Ａ〜３１４ｎ）、同期用受信器（受信器）３１６（３１６Ａ〜３１６ｎ）、同期用ポート３１８（３１８Ａ〜３１８ｎ）を、それぞれ複数備える。
同期用ポート３１８（３１８Ａ〜３１８ｎ）はそれぞれ異なるマスタクロック２０に接続されている。図３の例では、コントローラ３０はそれぞれ異なるｎ台のマスタクロック２０に接続されているものとする。

同期用ＰＴＰ処理部３１２は、同期用送信器３１４、同期用受信器３１６、同期用ポート３１８を介して、各マスタクロック２０とタイムスタンプをやり取りする。
同期用ＰＴＰ処理部３１２の処理は、図６を用いて説明した時刻配信用ＰＴＰ処理部２０８と同様であるが、同期用ＰＴＰ処理部３１２はマスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２と同様に、ポート状態切替部３２６からの制御によりマスタ状態およびスレイブ状態を切り替えて実行することが可能である。
なお、ポート状態切替部３２６は、コントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２の動作切替と連動して、マスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２の動作切替を行わせるための制御信号をマスタクロック制御部３２８を介して送信する。マスタクロック制御部３２８から送信された制御信号は、マスタクロック２０（図２）のポート状態切替部２３０に入力され、ポート状態切替部２３０によりマスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２の動作状態が切り替えられる。

具体的には、ポート状態切替部３２６は、コントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２をスレイブ状態とする時は、マスタクロック２０（図２）の同期用ＰＴＰ処理部２２２をマスタ状態に、コントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２をマスタ状態とする時は、マスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２をスレイブ状態に、それぞれ切り替える。
同期用ＰＴＰ処理部３１２がスレイブ状態に切り替えられている際は、各マスタクロック２０で保持する標準時刻を受信するコントローラ側受信部として同期処理部３１０が機能する。
また、同期用ＰＴＰ処理部３１２の動作がマスタ状態に切り替えられている際は、後述する標準時刻処理部３２０で算出された補正標準時刻をそれぞれのマスタクロック２０に送信するコントローラ側送信部として同期処理部３１０が機能する。

標準時刻処理部３２０は、それぞれのマスタクロック２０から受信した複数の標準時刻から真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する。
標準時刻処理部３２０は、例えば複数の標準時刻を相互に比較し、各種パラメータを元に各標準時刻に対して重み付けを行う。そして、重み付けを行った標準時刻を平均化（加重平均）することによって、またはオフセットの最も少ない標準時刻を選択することによって、補正標準時刻を算出する。
なお、標準時刻のうち明らかな不良値や、送信元のマスタクロック２０の信頼度が極端に低い標準時刻は、補正標準時刻の算出対象サンプルから除外する。例えば、あるマスタクロック２０でＧＰＳアンテナ２０２が故障して標準時刻が受信できなかった場合などに、コントローラ３０によりその異常を検知し、補正標準時刻算出アルゴリズムから異常状態のマスタクロック２０を除外することにより、補正標準時刻の高精度化が可能である。
また、このような複数の標準時刻に基づく補正標準時刻の算出方法は、従来公知の様々な方法を適用することができる。

重み付けのパラメータとしては、例えば以下のようなものが挙げられる。
なお、以下に示す情報は、例えばマスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２がマスタ状態、コントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２がスレイブ状態に切り替えられている時に時刻情報と共に受信し、重み付け情報管理部３２２に記録しておく。
１．各マスタクロック２０におけるＧＰＳアンテナ２０２の受信状態および環境情報
１−１．ＧＰＳ衛星の情報
・捕捉しているＧＰＳ衛星の数
・捕捉しているＧＰＳ衛星の製造年
・捕捉しているＧＰＳ衛星の搭載発振器（ＣｓまたはＲｂ）
・ＧＰＳ衛星からの航法メッセージの情報（衛星軌道（エフェメリス）、ＧＰＳ衛星の内部クロックの誤差等）
・ＧＰＳアンテナ２０２に対するＧＰＳ衛星の位置情報（天頂、仰角など）
・ＧＰＳ衛星のドップラーシフト、相対論的効果による誤差
１−２．環境状態
・天候モニタ値（周囲の天候状態）
・対流圏・電離層による遅延量
１−３．受信機（ＧＰＳアンテナ２０２）の状態
・ＧＰＳ電波の受信状況、ノイズ値（ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）など）
・ＧＰＳアンテナ２０２の設置条件（反射によるマルチパス影響の大小など）
・ＧＰＳアンテナ２０２とレシーバとの間のケーブルの遅延補正情報
２．他のマスタクロック２０から受信したＰＴＰによる標準時刻のオフセットとその変動量
３．マスタクロックネットワークＮにおける各マスタクロック２０間の時刻および周波数の同期状態
・正常／ホールドオーバ／Ｆｒｅｅ ｒｕｎ等の状態
・マスタクロック２０内の発信器の周波数偏差、ドリフト量等の定量的な数値

時刻保持部３２４は、標準時刻処理部３２０で算出された補正標準時刻を保持する。すなわち、標準時刻処理部３２０で補正標準時刻が算出された場合、時刻保持部３２４内の時計が補正標準時刻に同期される。
時刻保持部３２４で保持する補正標準時刻は、マスタクロック２０（図２）の同期用ＰＴＰ処理部２２２がスレイブ状態、コントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２がマスタ状態に切り替えられることにより各マスタクロック２０に送信される。

なお、時刻同期システム１０内のマスタクロック２０のうちコントローラ３０（同期用ポート３１８）と通信ができないマスタクロック（以下、「通信断マスタクロック」という）がある場合、標準時刻処理部３２０は、当該通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０から受信した標準時刻を用いて補正標準時刻を算出する。
そして、コントローラ側送信部（マスタ状態となった同期処理部３１０）は、算出された補正標準時刻を通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０に送信する。なお、通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０に送信する、とは通信断マスタクロックに接続された同期用ポート３１８からの補正標準時刻の送信を否定するものではなく、結果として通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０にのみ補正標準時刻が到達する、という意味である。
マスタクロック２０（図２）は、コントローラ３０と通信できない場合には、マスタクロック間通信部として機能する同期処理部２２０Ｂにより他のマスタクロック２０から補正標準時刻を受信する。具体的には、コントローラ３０は、通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０に補正標準時刻を送信した後に、通信断マスタクロックの同期用ＰＴＰ処理部２２２Ｂをスレイブ状態に、通信断マスタクロックと隣接するマスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２２２Ｂをマスタ状態に、それぞれ切り替えることにより、隣接する他のマスタクロック２０から補正標準時刻を受信することが可能となる。

図４は、マスタクロック２０の処理を示すフローチャートである。
なお、図４および図５のフローチャートでは、マスタクロック２０とコントローラ３０とが通信可能な状態にあるものとする。
マスタクロック２０は、所定周期ごとにＧＰＳアンテナ２０２によりＧＰＳ衛星４０から標準時刻を受信する（ステップＳ４００：Ｙｅｓ）。時刻切替部２３２は、受信した標準時刻を時刻保持部２０６に保持させる（ステップＳ４０２）。すなわち、時刻保持部２０６内の時計がステップＳ４００で受信した標準時刻に同期される。
時刻配信部２０７は、時刻保持部２０６で保持する標準時刻をスレイブ装置５０に配信する（ステップＳ４０４）。
ポート状態切替部２３０（コントローラ３０の制御）によりコントローラ３０に対応する同期用ＰＴＰ処理部２２２Ａの動作がマスタ状態に切り替えられると（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、同期用ＰＴＰ処理部２２２Ａは、時刻保持部２０６で保持する標準時刻をスレイブ側であるコントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２Ａに送信する（ステップＳ４０８）。

ここで、同期用ＰＴＰ処理部２２２Ａの動作がスレイブ状態に切り替えられていなければ（ステップＳ４１０：Ｎｏ）、ステップＳ４００に戻り処理を続ける。一方、同期用ＰＴＰ処理部２２２Ａの動作がスレイブ状態に切り替えられると（ステップＳ４１０：Ｙｅｓ）、同期用ＰＴＰ処理部２２２Ａは、マスタ側であるコントローラ３０の同期用ＰＴＰ処理部３１２Ａから補正標準時刻を受信する（ステップＳ４１２）。時刻切替部２３２は、受信した補正標準時刻を時刻保持部２０６に保持させる（ステップＳ４１４）。すなわち、時刻保持部２０６内の時計がステップＳ４１２で受信した補正標準時刻に同期される。これにより、時刻同期システム１０内の全てのマスタクロック２０が保持する標準時刻が、補正標準時刻に同期される。
そして、時刻配信部２０７は、時刻保持部２０６で保持する補正標準時刻を、標準時刻としてスレイブ装置５０に配信する（ステップＳ４１６）。その後も、図４のフローチャートの処理をくり返す。

図５は、コントローラ３０の処理を示すフローチャートである。
コントローラ３０は、まずポート状態切替部３２６によりコントローラ３０側の同期処理部３１０をスレイブ状態に、マスタクロック２０側の同期処理部２２０をマスタ状態に、それぞれ切り替える（ステップＳ５００、図４のステップＳ４０６：Ｙｅｓに対応）。
コントローラ３０の同期処理部３１０では各マスタクロック２０から標準時刻を受信し（ステップＳ５０２）、標準時刻処理部３２０は受信したそれぞれの標準時刻に重み付けを行って、真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する（ステップＳ５０４）。算出した補正標準時刻は、時刻保持部３２４に保持する（ステップＳ５０６）。
その後、ポート状態切替部３２６は、コントローラ３０側の同期処理部３１０をマスタ状態に、マスタクロック２０側の同期処理部２２０をスレイブ状態に、それぞれ切り替える（ステップＳ５０８、図４のステップＳ４１０：Ｙｅｓに対応）。そして、同期処理部３１０により補正標準時刻を送信する（ステップＳ５１０）。その後も、所定周期で図５のフローチャートの処理をくり返す。

以上説明したように、実施の形態にかかる時刻同期システム１０は、複数のマスタクロック２０からコントローラ３０に標準時刻を集約し、コントローラ３０で真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出した上で、各マスタクロック２０に補正標準時刻を戻す。
このようにすることで、それぞれ独立して標準時刻を受信している複数のマスタクロック２０を補正標準時刻で同期することができ、マスタクロック２０における配信時刻の精度を向上させることができる。また、ネットワーク全体として各エリアに分散配置された全てのマスタクロック２０が保持する標準時刻を統一化することができ、時刻同期の高精度化を図ることができる。
また、時刻同期システム１０は、コントローラ３０において、各マスタクロック２０から受信した標準時刻の信頼度を反映して補正標準時刻を算出するので、補正標準時刻と真の標準時刻との誤差をより低減することができる。

また、時刻同期システム１０は、コントローラ３０と通信ができない通信断マスタクロックがある場合には、通信断マスタクロック以外のマスタクロック２０から受信した標準時刻を用いて補正標準時刻を算出するとともに、通信断マスタクロックに対しては隣接する他のマスタクロック２０から補正標準時刻を送信する。
このようにすることで、コントローラとの通信ができない通信断マスタクロックがある場合でも、補正標準時刻を算出することができる。また、通信断マスタクロック側にも隣接するマスタクロックから補正標準時刻を送信することができ、ネットワークの一部に故障が生じた場合でも配信時刻の信頼性を維持することができる。
また、時刻同期システム１０は、他の時刻同期プロトコルと比較して時刻同期精度が高いＰＴＰを用いて時刻情報をやり取りするので、マスタクロック２０から配信する標準時刻をより高精度化する上で有利となる。

１０ 時刻同期システム
２０（２０Ａ-２０Ｆ） マスタクロック
２０２ ＧＰＳアンテナ
２０６ 時刻保持部
２０７ 時刻配信部
２０８ 時刻配信用ＰＴＰ処理部
２１０ 時刻配信用送信器
２１２ 時刻配信用受信器
２１４ 時刻配信用ポート
２２０（２２０Ａ，２２０Ｂ） 同期処理部
２２２（２２２Ａ，２２２Ｂ） 同期用ＰＴＰ処理部
２２４（２２４Ａ，２２４Ｂ） 同期用送信器
２２６（２２６Ａ，２２６Ｂ） 同期用受信器
２２８（２２８Ａ，２２８Ｂ） 同期用ポート
２３０ ポート状態切替部
２３２ 時刻切替部
３０ コントローラ
３１０ 同期処理部
３１２（３１２Ａ〜３１２ｎ） 同期用ＰＴＰ処理部
３１４（３１４Ａ〜３１４ｎ） 同期用送信器
３１６（３１６Ａ〜３１６ｎ） 同期用受信器
３１８（３１８Ａ〜３１８ｎ） 同期用ポート
３１８Ａ 同期用ポート
３２０ 標準時刻処理部
３２２ 重み付け情報管理部
３２４ 時刻保持部
３２６ ポート状態切替部
３２８ マスタクロック制御部
４０ ＧＰＳ衛星
５０（５０Ａ，５０Ｂ） スレイブ装置
Ｎ マスタクロックネットワーク

Claims (8)

1. ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックと、前記複数のマスタクロックと接続されたコントローラと、を備える時刻同期システムであって、
   前記コントローラは、
   それぞれの前記マスタクロックで保持する前記標準時刻を受信するコントローラ側受信部と、
   それぞれの前記マスタクロックから受信した複数の標準時刻を用いて真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する標準時刻処理部と、
   前記標準時刻処理部で算出された前記補正標準時刻をそれぞれの前記マスタクロックに送信するコントローラ側送信部と、を備え、
   前記マスタクロックは、
   前記ＧＰＳ衛星から前記標準時刻を受信するＧＰＳ受信部と、
   前記ＧＰＳ受信部で受信した前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する時刻保持部と、
   前記時刻保持部で保持する前記標準時刻を前記コントローラに送信するマスタクロック側送信部と、
   前記コントローラから送信された前記補正標準時刻を受信するマスタクロック側受信部と、を備え、
   前記時刻保持部は、前記コントローラから前記補正標準時刻を受信した場合、前記補正標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する、
   ことを特徴とする時刻同期システム。
2. 前記標準時刻処理部は、前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ受信部の受信状態および環境情報、他のマスタクロックから受信した前記標準時刻の変動量、他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて前記複数の標準時刻それぞれを重み付けして前記補正標準時刻を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
3. 前記標準時刻処理部は、複数の前記マスタクロックのうち通信ができないマスタクロックがある場合は、当該通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックから受信した前記標準時刻を用いて前記補正標準時刻を算出し、
   前記コントローラ側送信部は、前記通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックに前記補正標準時刻を送信し、
   前記マスタクロックは、隣接する他のマスタクロックと接続するマスタクロック間通信部を更に備えており、前記コントローラと通信できない場合には、前記マスタクロック間通信部により前記他のマスタクロックから前記補正標準時刻を受信する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の時刻同期システム。
4. 前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
   前記マスタクロック側送信部および前記マスタクロック側受信部は、前記コントローラに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するマスタクロック側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、
   前記コントローラ側受信部および前記コントローラ側送信部は、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられた複数の送信器および受信器と、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられ前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信する複数のコントローラ側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、
   前記コントローラは、前記マスタクロック側ＰＴＰ処理部と前記コントローラ側ＰＴＰ処理部とを、相互にマスタ状態とスレイブ状態とに切り替えることによって前記標準時刻および前記補正標準時刻を送受信させる切替部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の時刻同期システム。
5. ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックと、前記複数のマスタクロックと接続されたコントローラと、における時刻同期方法であって、
   それぞれの前記マスタクロックにおいて前記ＧＰＳ衛星から前記標準時刻を受信するＧＰＳ受信ステップと、
   それぞれの前記マスタクロックにおいて前記ＧＰＳ衛星から受信した前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する第１の時刻保持ステップと、
   前記ＧＰＳ衛星から受信した前記標準時刻をそれぞれの前記マスタクロックから前記コントローラに送信する第１の送信ステップと、
   前記コントローラにおいて、それぞれの前記マスタクロックから送信された複数の標準時刻を受信する第１の受信ステップと、
   前記コントローラにおいて、それぞれの前記マスタクロックから受信した前記複数の標準時刻を用いて真の標準時刻と推定される補正標準時刻を算出する標準時刻処理ステップと、
   前記補正標準時刻を前記コントローラからそれぞれの前記マスタクロックに送信する第２の送信ステップと、
   それぞれの前記マスタクロックにおいて前記コントローラから送信された前記補正標準時刻を受信する第２の受信ステップと、
   それぞれの前記マスタクロックにおいて前記補正標準時刻を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する第２の時刻保持ステップと、
   を含んだことを特徴とする時刻同期方法。
6. 前記標準時刻処理ステップでは、前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ衛星からの前記標準時刻の受信状態および環境情報、他のマスタクロックから受信した前記標準時刻の変動量、他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて前記複数の標準時刻それぞれを重み付けして前記補正標準時刻を算出する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の時刻同期方法。
7. 前記標準時刻処理ステップでは、複数の前記マスタクロックのうち通信ができないマスタクロックがある場合は、当該通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックから受信した前記標準時刻を用いて前記補正標準時刻を算出し、
   前記第２の送信ステップでは、前記通信ができないマスタクロック以外のマスタクロックに前記補正標準時刻を送信し、
   前記通信ができないマスタクロックにおいて、前記第２の受信ステップに代えて、隣接する他のマスタクロックから前記補正標準時刻を受信するクロック間通信ステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の時刻同期方法。
8. 前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
   前記第１の送信ステップおよび第２の受信ステップは、それぞれの前記マスタクロック内に設けられ前記コントローラに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するマスタクロック側ＰＴＰ処理部とによって実行され、
   前記第１の受信ステップおよび前記第２の送信ステップは、前記コントローラ内に設けられそれぞれの前記マスタクロックに接続された複数の送信器および受信器と、それぞれの前記マスタクロックに対応して設けられ前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信する複数のコントローラ側ＰＴＰ処理部とによって実行され、
   前記コントローラにおいて、前記マスタクロック側ＰＴＰ処理部と前記コントローラ側ＰＴＰ処理部とを、相互にマスタ状態とスレイブ状態とに切り替えることによって前記標準時刻および前記補正標準時刻を送受信させる、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の時刻同期方法。

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