JP2021044629A - ネットワークシステム、送信装置及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時刻同期のためのプロトコルの稼働前あるいは不稼働下において、装置間でクロック同期を迅速に実行することができるネットワークシステム、送信装置及び受信装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、ネットワークを経由して、音声データと映像データの少なくとも１つのデータをノードＡからノードＢへ送信するネットワークシステム１のノードＢは、音声データなどを再生するためのクロック信号ＭＣＬＫ２を生成するメディアクロック生成部７６と、ｇＰＴＰクロック制御部８３を有する。ｇＰＴＰクロック制御部８３は、受信した拡張ＣＲＦフレーム中に含まれるノードＡの現在時刻に基づく送信時刻と、拡張ＣＲＦフレームを受信したときのノードＢの現在時刻に基づく受信時刻と、ノードＡからノードＢへ送信されるまでの遅延時間とに基づいて、ノードＢの現在時刻をノードＡの現在時刻に同期させる。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、ネットワークシステム、送信装置及び受信装置に関する。

音声データ及び映像データを複数の装置間で送受信するネットワークシステムがある。このようなネットワークシステムは、種々の機能の実現のために、装置間で時刻同期機能を有する。

しかし、時刻同期のためのプロトコルの稼働完了までは、音声データ出力などはできず、時刻同期プロトコル処理に時間がかかる場合、音声データなどの出力処理を迅速に実行することができない。

特開２０１６−１２３００９号公報

そこで、実施形態は、時刻同期のためのプロトコルの稼働前あるいは不稼働下において、装置間でクロック同期を迅速に実行することができるネットワークシステム、送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。

実施形態のネットワークシステムは、ネットワークを経由して、音声データと映像データの少なくとも１つのデータを第１装置から第２装置へ送信するネットワークシステムであって、前記第１装置は、第１現在時刻を保持する第１現在時刻保持回路と、前記少なくとも１つのデータを再生するための第１クロック信号を生成する第１クロック生成回路と、所定のフレームを第１のタイミングで送信するフレーム送信部であって、前記所定のフレームが前記第１のタイミングよりも前の第２のタイミングで送信されたときの前記第１現在時刻に基づく送信時刻を含む前記所定のフレームを、前記ネットワークを介して前記第１のタイミングで前記第２装置へ送信するフレーム送信部と、を有し、前記第２装置は、第２現在時刻を保持する第２現在時刻情報保持回路と、前記少なくとも１つのデータを再生するための第２クロック信号を生成する第２クロック生成回路と、前記ネットワークを介して前記所定のフレームを受信するフレーム受信部と、前記所定のフレーム中に含まれる前記送信時刻と、前記第２のタイミングで送信された前記所定のフレームを第３のタイミングで受信したときの前記第２現在時刻に基づく受信時刻と、前記所定のフレーム中に含まれる前記所定のフレームが前記ネットワークを経由して前記第１装置から前記第２装置へ送信されるまでの遅延時間とに基づいて、前記第２現在時刻を前記第１現在時刻に同期させる第１クロック同期部と、を有する。

第１の実施形態に係わるネットワークシステムの機能ブロック構成図である。 第１の実施形態に係わる、拡張ＣＲＦフレームの構成を示す図である。 第１の実施形態に係わる送信装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係わる、送信装置のイーサネット（登録商標；以下同じ）ＭＡＣの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係わる、スイッチの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係わる、受信装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係わる、通常のＣＲＦフレームを利用したメディアクロック同期手順を説明するための図である。 第１の実施形態に係わる、ネットワークシステム１において、送信装置が配信する拡張ＣＲＦフレームが受信装置に伝播する様子を示す図である。 第１の実施形態に係わる、送信装置が配信する３つの拡張ＣＲＦフレームが受信装置に伝播する様子を示す図である。 第１の実施形態に係わる、拡張ＡＶＴＰフレームの構成を示す図である。 第２の実施形態に係わる、ネットワークシステムの機能ブロック構成図である。 第２の実施形態に係わる、拡張ＡＶＴＰフレームの構成を示す図である。 第２の実施形態に係わる、送信装置が配信する拡張ＡＶＴＰフレームが受信装置に伝播する様子を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
［１］システム構成
はじめに、本実施形態のネットワークシステムの簡単な機能構成について説明する。図１は、本実施形態に係わるネットワークシステムの機能ブロック構成図である。ネットワークシステム１は、イーサネット回線で互いに接続されたノードＡ、Ｂ、Ｃ及びスイッチＳＷを含み、ノード間で音声データと映像データの送受信を行うことができる。ネットワークシステム１は、ノードＡなどの複数の装置間で時刻同期およびメディアクロック同期を行うことができる。

ネットワークシステム１は、例えば車に搭載された音声再生のためのＡＶＢ（Ａｕｄｉｏ／Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ）ネットワークシステムである。ネットワークシステム１は、有線イーサネット通信規格であるＩＥＥＥ８０２．３を用いた通信システムである。ここでは、ネットワークは、スター型のイーサネット回線である。

本実施形態では、ノードＡは、スイッチＳＷを介して音声データと映像データをノードＢとＣへ送信し、ノードＢ、Ｃにおいて音声データと映像データが再生される。ノードＡは、送信装置であり、ノードＢとＣは、受信装置である。

なお、本実施形態では、音声データと映像データが送信装置から受信装置へ送信されるが、音声データと映像データのいずれか一つのデータでもよく、映像データは、動画だけでなく静止画のデータでもよい。よって、ネットワークシステム１は、ネットワークを経由して、音声データと映像データの少なくとも１つのデータを送信装置から受信装置へ送信するシステムである。

スイッチＳＷは、複数（ここでは３つ）のポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有している。ポートＰ１に入力されたイーサネットフレームは、ポートＰ２，Ｐ３へ供給され、ポートＰ２，Ｐ３から出力される。スイッチＳＷは、点線で示すように、転送遅延時間付加機能を有する。転送遅延時間付加機能については、後述する。

ノードＡは、音声データと映像データの記録及び再生などの時間基準となるメディアクロックソース機能と、ｇＰＴＰ時刻生成機能と、ＣＲＦ（Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｆｏｒｍａｔ）トーカ機能とを有している。

ノードＢは、メディアクロック同期機能と、ｇＰＴＰ時刻同期機能と、ＣＲＦリスナ機能とを有している。ノードＢは、後述する拡張ＣＲＦフレームを受信し、自己のｇＰＴＰクロックをノードＡのｇＰＴＰクロックに同期させ、かつ自己のメディアクロックをノードＡのメディアクロックソースと同期させる処理を行う。ノードＣもノードＢと同様の構成を有し、ｇＰＴＰ時刻同期とメディアクロック同期を行う。

すなわち、ノードＡは、マスタ装置であり、マスタのメディアクロックを有し、ＣＲＦトーカ機能を有する。ノードＢとＣは、スレーブ装置であり、ＣＲＦリスナ機能を有し、マスタのｇＰＴＰ時刻に同期したｇＰＴＰ時刻を生成し、ノードＡのメディアクロックと同期するメディアクロック同期機能も有する。

ノードＢ、ＣにおいてｇＰＴＰ時刻とメディアクロックが、ノードＡのｇＰＴＰ時刻とメディアクロックと同期することにより、マスタのノードＡから送信された音声データと映像データは、スレーブのノードＢとＣにおいて正しく再生される。

本実施形態では、ノードＢ、Ｃにおいて、マスタのｇＰＴＰ時刻に同期したｇＰＴＰ時刻を生成し、ノードＡのメディアクロックと同期するメディアクロックを生成するために、拡張ＣＲＦフレームが用いられる。

図２は、拡張ＣＲＦフレームの構成を示す図である。拡張ＣＲＦフレームは、イーサネットヘッダフィールド、ＣＲＦヘッダフィールド、ｃｒｆ＿ｄａｔａフィールド及び拡張情報フィールドを含む。拡張情報フィールドは、前フレーム送信時刻フィールドと、転送遅延時間フィールドを含む。

ｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドには、ノードＡにおいて所定の複数のタイミング時刻で取得された複数のｇＰＴＰデータを含む。複数のタイミング時刻は、例えば所定の時間間隔で取得された複数のタイムスタンプデータである。より具体的には、メディアクロックの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングをメディアクロックイベントとしたとき、所定間隔（例えば３００Ｈｚのタイミング間隔）で取得された所定数（例えば６つ）のメディアクロックイベントのタイムスタンプデータ（ｇＰＴＰデータ）が、ｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドに含まれる。すなわち、ｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドには、ネットワークシステム１のウォールクロックとしてのｇＰＴＰクロックを基準とした所定数のタイムスタンプが格納される。

後述するように、マスタから送信された複数のｇＰＴＰデータに基づいて、スレーブでは、自己のメディアクロックの誤差が補正される。マスタとスレーブは、それぞれ温度環境などによって、メディアクロック周波数が変化するので、スレーブでは、スレーブのメディアクロック周波数とマスタのメディアクロック周波数とを一致させるための補正が行われる。

以上のように、本実施形態では、ノードＡ内のメディアクロックイベントのタイムスタンプは、拡張ＣＲＦフレーム内のｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドを用いて定期的にネットワーク内に配信される。

ＣＲＦフレームは、ここでは、ＩＥＥＥ１７２２ Ｃｌａｕｓｅ１０に規定されるフレームであり、拡張ＣＲＦフレームは、そのＣＲＦフレームに従ったフレームである。一般に、このようなＣＲＦを用いたメディアクロック同期を行う場合、ノードＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれ参照するｇＰＴＰクロックが同期していることが前提条件となる。このｇＰＴＰクロック同期は、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳに規定されるｇＰＴＰプロトコルを用いる手順が必要となるが、本実施形態では、ｇＰＴＰプロトコルを利用しないで、図２に示す拡張ＣＲＦフレーム内の拡張情報を用いて、ノードＡが内部に有するｇＰＴＰクロック（マスタ）に、ノードＢおよびＣの各々が内部に有するｇＰＴＰクロックを同期させる。

そのために、拡張ＣＲＦフレームには、拡張情報が付加されている。拡張情報は、前フレーム送信時刻と、転送遅延時間とを含む。前フレーム送信時刻は、ノードＡが、ＣＲＦフレームを送信するとき、その送信するＣＲＦフレームの直前に送信した前のＣＲＦフレームの送信時刻である。転送遅延時間は、スイッチＳＷがＣＲＦフレームを受信してから送信するまでの転送時間の遅延量、すなわち転送遅延時間である。

なお、本実施形態では、前フレーム送信時刻は、送信するフレームの直前に送信した、すなわち１つ前に送信したＣＲＦフレームの送信時刻であるが、２つ前、３つ前など複数個前に送信したＣＲＦフレームの送信時刻を用いてもよい。
［２］ノード及びスイッチの構成
次に、詳細に各ノードとスイッチの構成を説明する。図３は、ノードＡの構成を示すブロック図である。図４は、ノードＡのイーサネットＭＡＣの構成を示すブロック図である。

なお、ノードＢのイーサネットＭＡＣの構成は、図４に示すノードＡのイーサネットＭＡＣの構成と同じである。これは、いずれのノードがマスタとなってもスレーブになってもよいようにするためである。本実施形態では、上述したように、ノードＡがマスタであり、ノードＡ以外のノードがスレーブである。

図３に示すように、ノードＡは、プロセッサ１１と、イーサネットＭＡＣ１２と、イーサネットＰＨＹ（物理層）１３と、イーサネット回線１４と、システムクロック生成部１５と、メディアクロック生成部１６と、メディアデバイス１７とを含む。

プロセッサ１１は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースなどを含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムを読み出して、ＲＡＭに展開して実行することにより、各種機能を実現する。制御プログラムは、ソフトウエア制御ブロックとしての、イーサネットフレーム送信部２１、フレーム送信時刻取得部２２、ｇＰＴＰクロック制御部２３、メディアクロックキャプチャ部２４、メディアクロック制御部２５、及びメディアデータ受信部２６の機能を実現する。

なお、プロセッサ１１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの電子回路で実現してもよい。

イーサネットＭＡＣ１２は、イーサネットのデータリンク層とイーサネットＰＨＹ１３の間に位置し、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）フレームの送受信回路を含む。図４に示すように、イーサネットＭＡＣ１２は、フレーム送受信部３１、フレーム送受信インターフェース（以下、フレーム送受信Ｉ／Ｆと略す）３２、タイムスタンプ取得インターフェース（以下、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆと略す）３３、ＰＨＹ（物理層）インターフェース（以下、ＰＨＹＩ／Ｆと略す）３４、システムクロック入力部３５、ｇＰＴＰクロック制御インターフェース（以下、ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆと略す）３６、周波数補正部３７と、オフセット補正部３８と、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９と、メディアクロックイベント入力部４０と、イベントキャプチャ部４１と、メディアクロックイベント発生時刻取得インターフェース（以下、メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆと略す）４２とを有する。

フレーム送受信部３１は、上位層のフレーム送受信Ｉ／Ｆ３２と下位層のＰＨＹＩ／Ｆ３４に接続され、イーサネットフレームの送受信を制御する。

フレーム送受信Ｉ／Ｆ３２は、プロセッサ１１と送受信フレームデータの受け渡しを行う。なお、ノードＢでは、フレーム送受信Ｉ／Ｆ３２は、プロセッサ７１と送受信フレームデータの受け渡しを行う。

タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３は、フレーム送受信部３１においてイーサネットフレームを送信した時点の時刻（ｇＰＴＰクロックカウンタ値）を格納するためのレジスタである。プロセッサ１１は、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３からイーサネットフレームの送信時刻を取得することができる。なお、ノードＢでは、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３は、プロセッサ７１がイーサネットフレームを受信した時点の時刻（ｇＰＴＰクロックカウンタ値）を格納するためのレジスタである。プロセッサ７１は、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３からイーサネットフレームの受信時刻を取得することができる。例えば、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３は、ＭＡＣフレームのプリアンブル部直後のデータのＰＨＹＩ／Ｆ３４への送出又は受付のタイミングの時刻（ｇＰＴＰクロックカウンタ値）を取得する。

ＰＨＹＩ／Ｆ３４は、イーサネット物理層デバイスであるイーサネットＰＨＹ１３又は７３に接続される。

システムクロック入力部３５は、イーサネットＭＡＣ１２の動作クロックが入力される回路である。

ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ３６は、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の動作設定、起動、起動中の周波数補正、オフセット補正をプロセッサ１１又は７１から制御するためのインターフェースである。

周波数補正部３７は、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の周波数補正を行う。周波数補正部３７は、可変分周器を有し、例えば周波数が所望の周波数になるようにクロック周期を調整するための積算カウント値の傾きの調整値をｇＰＴＰクロックカウンタ３９に供給する。本実施形態では、周波数補正部３７は、スレーブのノードＢ，Ｃにおいてのみ動作し、マスタのノードＡでは動作しない。

オフセット補正部３８は、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９のオフセット補正を行う。オフセット補正部３８は、ｇＰＴＰクロックの現在時刻を補正するためのオフセット値をｇＰＴＰクロックカウンタ３９に供給する。ｇＰＴＰクロックカウンタ３９は、受信したオフセット値で、カウンタ値を補正する。本実施形態では、オフセット補正部３８は、スレーブのノードＢ，Ｃにおいてのみ動作し、マスタのノードＡでは動作しない。

ｇＰＴＰクロックカウンタ３９は、現在時刻を保持するカウンタである。すなわち、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９は、ノードＡの現在時刻を保持する現在時刻保持回路を構成する。周波数補正部３７からのクロック調整値に基づいてｇＰＴＰクロックのカウント周期が調整可能である。

メディアクロックイベント入力部４０は、メディアクロック生成部１６からのメディアクロック、例えば、オーディオサンプリング周波数（例えば４８ＫＨｚ）のクロック信号ＭＣＬＫ１が入力される。

イベントキャプチャ部４１は、メディアクロックイベント入力部４０に入力された各メディアクロック信号ＭＣＬＫ１の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出し、その検出時点での時刻（ｇＰＴＰクロックカウンタ３９のカウンタ値）を記憶する。

なお、イベントキャプチャ部４１は、所定の周期で所定数のメディアクロック信号ＭＣＬＫ１を間引いて、メディアクロック信号ＭＣＬＫ１の所定数毎のエッジを検出するものでもよい。

メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆ４２は、イベントキャプチャ部４１で記憶したメディアクロックイベントの発生時刻を、プロセッサ１１又は７１が取得するためのインターフェースである。

図３に戻り、プロセッサ１１の機能のうち、イーサネットフレーム送信部２１は、送信イーサネットフレームを作成し、フレーム送受信Ｉ／Ｆ３２とイーサネットＰＨＹ１３を経由して、イーサネット回線１４上に送出する。イーサネットフレーム送信部２１は、送信するイーサネットフレームを生成し、上述した拡張ＣＲＦフレームを送信するフレーム送信部である。

フレーム送信時刻取得部２２は、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３を介して、イーサネットフレーム送信部２１により送信されたイーサネットフレームの送信時刻を取得する。取得された時刻情報は、後述するように、イーサネットフレーム送信部２１により送信される。

ｇＰＴＰクロック制御部２３は、ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ３６を介して、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の初期設定と起動を行う。

メディアクロックキャプチャ部２４は、メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆ４２を介して、メディアクロック信号ＭＣＬＫ１のイベント発生時刻を取得する。メディアクロックキャプチャ部２４は、連続して取得された複数の時刻情報から、所定の時間間隔で複数取得する。取得された複数（ここでは６つ）のタイミング時刻の時刻情報は、拡張ＣＲＦフレームのｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドに格納されて、イーサネットフレーム送信部２１により送信される。

メディアクロック制御部２５は、メディアクロック生成部１６の初期設定を行い、メディアクロック信号ＭＣＬＫ１の出力を開始させる。

メディアデータ受信部２６は、メディアデバイス１７からのメディアデータＭｄを受信し、イーサネットフレーム送信部２１に供給する。

イーサネットＰＨＹ１３は、ＰＨＹＩ／Ｆ３４と接続され、イーサネット回線１４上のイーサネットフレームの送受信を行う。

システムクロック生成部１５は、イーサネットＭＡＣ１２の動作クロックを生成する。生成されたシステムクロックは、イーサネットＭＡＣ１２に供給され、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の源振となる。

メディアクロック生成部１６は、例えばオーディオサンプリングクロックとして４８ＫＨｚのメディアクロック信号を出力する。メディアクロック信号は、メディアデバイス１７に供給されると共に、メディアクロックイベント入力部４０にも供給される。すなわち、メディアクロック生成部１６は、音声データと映像データの少なくとも１つのデータを再生するためのクロック信号を生成するクロック生成回路である。

メディアデバイス１７は、マイクロフォンなどの音声入力デバイスである。メディアクロック生成部１６からのメディアクロック信号ＭＣＬＫ１に同期したサンプリングにより、マイクロフォンなどからの信号は、アナログ信号からデジタル信号に変換され、メディアデータＭｄとしてメディアデータ受信部２６に供給される。

イーサネット回線１４は、スイッチＳＷに接続される。スイッチＳＷは、ネットワーク上に設けられ、拡張ＣＲＦフレームなどのイーサネットフレームを転送する。

次に、スイッチＳＷの構成について説明する。図５は、スイッチＳＷの構成を示すブロック図である。スイッチＳＷは、プロセッサ５１と、メモリ５２と、イーサネットＭＡＣ５３と、イーサネットＰＨＹ５４とを有する。

プロセッサ５１は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースなどを含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムを読み出して、ＲＡＭに展開して実行することにより、各種機能を実現する。制御プログラムは、経路選択・イーサネットフレーム転送部６１、転送遅延時間測定部６２、及び転送フレーム編集部６３の機能を有する。

経路選択・イーサネットフレーム転送部６１は、イーサネットスイッチに備わる基本機能に関わる。経路選択・イーサネットフレーム転送部６１は、各イーサネット回線から入力された信号を、所定のイーサネット回線に出力する。

転送遅延時間測定部６２は、一つのポートで受信したイーサネットフレームが、転送先となる一つ以上の各ポートから送信されるまでの転送遅延時間を、配信先ポート毎に測定し、メモリ５２上に保存する機能に関わる。例えば、図５のポートｐ１で受信したイーサネットフレームをポートｐ２から送信する場合、転送遅延時間測定部６２は、フレーム受信時の受信時刻を、ポートｐ１の受信タイムスタンプ取得部６４（後述する）から取得する。また、転送遅延時間測定部６２は、当該受信フレームがポートｐ２に送信された際の送信時刻を、ポートｐ２の送信タイムスタンプ取得部６７（後述する）から取得し、両者の差分を取ることによりポートｐ１からポートｐ２への転送遅延時間を測定する。測定した転送遅延時間は、送信ポートに関連付けてメモリ５２上に適宜格納される。転送遅延時間測定部６２は、後述する時間Ｓ［ｎ−１］などを算出する。

転送フレーム編集部６３は、経路選択・イーサネットフレーム転送部６１の動作の際、あらかじめ設定されたフォーマットを持つイーサネットフレームに対し、メモリ５２上に記憶された転送遅延時間を用いて、当該イーサネットフレームの編集を行う。転送フレーム編集部６３は、上述した拡張情報中の転送遅延時間の更新を行う。よって、転送フレーム編集部６３は、転送遅延時間フィールド中の転送遅延時間を、測定された転送遅延時間を用いて更新するフレーム編集部を構成する。

メモリ５２は、経路選択・イーサネットフレーム転送部６１、転送遅延時間測定部６２、及び転送フレーム編集部６３の実行時に各種情報を格納する。

イーサネットＭＡＣ５３は、複数の入出力ポート、ここでは３つのポートｐ１，ｐ２，ｐ３、を有する。ポートｐ１，ｐ２，ｐ３は、上述したポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３に対応する。図５では、ポートｐ１に対応して、受信タイムスタンプ取得部６４と、送信タイムスタンプ取得部６５が設けられ、ポートｐ２に対応して、受信タイムスタンプ取得部６６と、送信タイムスタンプ取得部６７が設けられていることが示されている。

イーサネットＰＨＹ５４は、複数のＰＨＹ層を含み、図５では、２つのＰＨＹ層６８，６９が示されている。

ポートｐ１は、ＰＨＹ層６８を介して、イーサネット回線１４上のフレーム送受信を行うためのインターフェースであり、図５では、イーサネットフレームを受信する。

ポートｐ２は、ＰＨＹ層６９を介して、イーサネット回線７４上のフレーム送受信を行うためのインターフェースであり、図５では、イーサネットフレームを送信する。

受信タイムスタンプ取得部６４，６６は、当該ポートで受信したイーサネットフレームの受信時刻を取得する。

送信タイムスタンプ取得部６５，６７は、当該ポートから送信したイーサネットフレームの送信時刻を取得する。

次に、ノードＢの構成について説明する。なお、ノードＣの構成は、ノードＢの構成と同じであるので、同じ構成要素及び同じ機能については、説明は省略する。図６は、ノードＢの構成を示すブロック図である。

ノードＢの構成は、図３に示すノードＡと略同じ構成を有するので、図６では、同じ構成要素については、同じ名称を用いて示している。同じ構成要素と同じ機能については、説明は省略し、異なる構成要素と異なる機能について説明する。

図６に示すように、ノードＢは、プロセッサ７１と、イーサネットＭＡＣ７２と、イーサネットＰＨＹ（物理層）７３と、イーサネット回線７４と、システムクロック生成部７５と、メディアクロック生成部７６と、メディアデバイス７７とを含む。

プロセッサ７１は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースなどを含む。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムを読み出して、ＲＡＭに展開して実行することにより、各種機能を実現する。制御プログラムは、イーサネットフレーム受信部８１、フレーム受信時刻取得部８２、ｇＰＴＰクロック制御部８３、メディアクロックキャプチャ部８４、メディアクロック制御部８５、及びメディアデータ送信部８６の機能を実現する。

なお、プロセッサ７１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの電子回路で実現してもよい。

イーサネットＭＡＣ７２は、イーサネットのデータリンク層とイーサネットＰＨＹ７３の間に位置し、ＭＡＣフレームの送受信回路を含む。イーサネットＭＡＣ７２は、図４に示したノードＡのイーサネットＭＡＣ１２と同じ構成を有するので、図示は省略するが、図６では、図４のフレーム送受信Ｉ／Ｆ３２、タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ３３、ＰＨＹＩ／Ｆ３４、システムクロック入力部３５、ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ３６、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９と、メディアクロックイベント入力部４０と、メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆ４２が示されている。

ノードＢのイーサネットＭＡＣ７２のｇＰＴＰクロックカウンタ３９は、ノードＢの現在時刻を保持する現在時刻保持回路を構成する。

イーサネットフレーム受信部８１は、イーサネット回線７４からイーサネットＰＨＹ７３に到来したイーサネットフレームデータを、フレーム送受信Ｉ／Ｆ３２を介して受信する。イーサネットフレーム受信部８１は、ネットワークを介してイーサネットフレームに含まれる拡張ＣＲＦフレームを受信するフレーム受信部である。受信した拡張ＣＲＦフレームに含まれる時刻情報Ｔ［ｎ−１］（後述する）は、ｇＰＴＰクロック制御部８３へ供給され、ｃｒｆ＿ｄａｔａ部に含まれる後述する所定間隔で取得された複数の時刻情報（後述する）は、メディアクロック制御部８５へ供給される。

フレーム受信時刻取得部８２は、フレーム送受信Ｉ／Ｆ３２を介して受信したイーサネットフレームの受信時刻を取得し、取得した時刻情報をｇＰＴＰクロック制御部８３へ供給する。受信時刻は、後述する時刻情報Ｒ［ｎ−１］などである。受信時刻は、ｇＰＴＰクロック制御部８３へ供給される。

ｇＰＴＰクロック制御部８３は、ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ３６を介して、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の初期設定、起動及び起動中のオフセット補正と周波数補正を行う。後述するように、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、受信したイーサネットフレーム（ここでは拡張ＣＲＦフレーム）に含まれる送信時刻（後述するＴ［ｎ−１］など）と、イーサネットフレームの受信時刻（後述するＲ［ｎ−１］など）とに基づいて時刻補正のためのオフセットデータを生成し、オフセット補正部３８へ供給する。また、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、後述する調整係数としての積算カウント値の傾き（単位時間当たりの増加量）を算出し、算出した傾きデータを、イーサネットＭＡＣ７２のｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ３６を介して周波数補正部３７へ供給する。

メディアクロックキャプチャ部８４は、メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆ４２を介して、メディアクロック信号ＭＣＬＫ２のイベント発生時刻を取得する。メディアクロックキャプチャ部８４は、連続して取得された複数の時刻情報から、所定の時間間隔で複数取得する。メディアクロックキャプチャ部８４における所定の時間間隔は、メディアクロックキャプチャ部２４における所定の時間間隔と同じである。取得された複数（ここでは６つ）のタイミング時刻の時刻情報は、メディアクロック制御部８５に供給される。

メディアクロック制御部８５は、メディアクロック生成部７６の初期設定を行い、メディアクロック生成部７６にメディアクロック信号ＭＣＬＫ２を出力させる。また、メディアクロック制御部８５は、起動中のメディアクロックの周波数補正を行う。

ここでは、メディアクロック制御部８５は、受信した拡張ＣＲＦフレームに含まれる複数の時刻情報と、メディアクロックキャプチャ部８４から供給された複数の時刻情報とを比較し、メディアクロックキャプチャ部８４から供給された複数の時刻情報の複数のタイミングがノードＡから受信した複数の時刻情報の複数のタイミングに一致させるための設定データを、メディアクロック生成部７６へ供給する。

メディアデータ送信部８６は、イーサネットフレーム受信部８１で受信したメディアデータをメディアデバイス７７へ送信する。

イーサネットＰＨＹ７３は、ＰＨＹＩ／Ｆ３４と接続され、イーサネット回線７４上のイーサネットフレームの送受信を行う。

システムクロック生成部７５は、イーサネットＭＡＣ７２の動作クロックを生成する。生成されたシステムクロックは、イーサネットＭＡＣ７２に供給され、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９の源振となる。

メディアクロック生成部７６は、例えばオーディオサンプリングクロックとして４８ＫＨｚのメディアクロック信号を出力する。メディアクロック信号は、メディアデバイス７７に供給されると共に、メディアクロックイベント入力部４０に入力される。すなわち、メディアクロック生成部７６は、音声データと映像データの少なくとも１つのデータを再生するためのクロック信号を生成するクロック生成回路である。

また、メディアクロック生成部７６は、メディアクロック制御部８５からの指示によりメディアクロック信号ＭＣＬＫ２の周波数の補正を行う。メディアクロック生成部７６は、可変ＰＬＬ回路を有し、メディアクロック制御部８５からの設定データに応じた周波数のクロック信号を生成し、メディアクロック信号ＭＣＬＫ２を出力する。

メディアデバイス７７は、スピーカアンプなどのオーディオ出力デバイスである。メディアデバイス７７は、メディアデータ送信部８６が送信するメディアデータＭｄを受信し、メディアクロック信号ＭＣＬＫ２に同期したオーディオデータを出力する。

イーサネット回線７４は、スイッチＳＷに接続される。
（動作）
通常は、ＣＲＦフレームの送受信のためには、ｇＰＴＰプロトコルの実行により、各ノードが認識するｇＰＴＰクロックが同期していることが必要である。すなわち、ＣＲＦフレームの使用に先立ち、ネットワーク内の各ノードのｇＰＴＰクロックを同期させるために、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳに規定されるｇＰＴＰプロトコルによるｇＰＴＰクロック同期が行われる。

図７は、通常のＣＲＦフレームを利用したメディアクロック同期手順を説明するための図である。図７では、図において上から下に時間ｔが経過することを示している。ネットワークシステム１が起動すると、例えばＩＥＥE８０２．１ＡＳに規定されたｇＰＴＰプロトコルに従うｇＰＴＰクロック同期処理がノード間で実行される。ｇＰＴＰ同期処理が終了すると、ノード間でｇＰＴＰクロックが同期した状態となる。ｇＰＴＰクロック同期処理は、定期的に実行される。ｇＰＴＰクロック同期処理後、ＣＲＦフレームを利用したメディアクロック同期が実行され、メディアクロックもノード間で同期した状態となる。ＣＲＦフレームを利用したメディアクロック同期も、定期的に実行される。

しかし、ＡＶＢ（Ａｕｄｉｏ／Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｉｄｇｉｎｇ）ネットワークなどの車載ネットワークシステムでは、ｇＰＴＰプロコトル自体が実装されない場合や、ネットワークの稼働直後からメディア再生を開始したい場合など、ｇＰＴＰプロトコルの不稼働下で、メディアクロック同期が必要な場合がある。本実施形態によれば、このようなｇＰＴＰプロトコル不稼働下で、ノード間でのｇＰＴＰクロック同期及びメディアクロック同期が可能となる。

図８は、図１のネットワークシステム１において、ノードＡが配信する拡張ＣＲＦフレームがノードＢに伝播する様子を示す図である。図８において、上から下へ向かって時間ｔが経過する。Ｔ［ｎ］、Ｔ［ｎ−１］は、ノードＡにおける拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］のフレーム送信時刻のタイムスタンプ（ノードＡ内のｇＰＴＰクロックを基準とする）の時刻を示す。Ｒ［ｎ］、Ｒ［ｎ−１］は、ノードＢにおける拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］のフレーム受信時刻のタイムスタンプ（ノードＢ内のｇＰＴＰクロックを基準とする）時刻を示す。

ノードＡは、送信時刻Ｔ［ｎ］に拡張ＣＲＦフレームを送信するとき、拡張ＣＲＦフレームの拡張情報部中の前フレーム送信時刻フィールドに時刻情報としてＴ［ｎ−１］を格納し、転送遅延時間フィールドに「０」を格納した拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］を送信する。なお、最初にノードＡから送信される拡張ＣＲＦフレームの拡張情報には、前フレーム送信時刻は、含まれない。

すなわち、ノードＡのイーサネットフレーム送信部２１は、所定のフレームとして拡張ＣＲＦフレームを第１のタイミング（Ｔ［ｎ］）で送信するフレーム送信部であって、拡張ＣＲＦフレームが第１のタイミング（Ｔ［ｎ］）よりも前の第２のタイミング（Ｔ［ｎ−１］）で送信されたときのノードＡの現在時刻に基づく送信時刻（Ｔ［ｎ−１］）を含む拡張ＣＲＦフレームを、ネットワークを介して第１のタイミング（Ｔ［ｎ］）でノードＢへ送信する。

このとき、拡張ＣＲＦフレームのｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドには、所定数のタイムスタンプが格納される。例えば、ｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドには、６つのタイムスタンプデータが含まれる。６つのタイムスタンプは、ノードＡのメディアクロックキャプチャ部２４において、ノードＡのメディアクロック信号ＭＣＬＫ１に基づく所定間隔（例えば３００Ｈｚのタイミング間隔）で取得された時刻データを含む。

スイッチＳＷでは、拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］を受信すると、転送遅延時間フィールドにＳ［ｎ−１］を加算した値を格納し、その転送遅延時間フィールドを含む拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］′を、ノードＢへ送出する。ここで、Ｓ［ｎ−１］は、前の拡張ＣＲＦフレームの転送時に要した転送遅延時間、すなわちノードＡからの拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ−１］を受信してから、ノードＢに向けて拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ−１］′を送信するまでの時間である。Ｓ［ｎ−１］は、転送遅延時間測定部６２により測定された時間である。転送フレーム編集部６３が、転送遅延時間フィールドにＳ［ｎ−１］を加算する。

なお、スイッチＳＷが多段となるネットワーク構成においては、各スイッチＳＷでは、前段のスイッチＳＷまでに発生した転送遅延時間に当該スイッチＳＷで発生した転送遅延時間が加算される。拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ−１］′は、経路選択・イーサネットフレーム転送部６１によりノードＢへ送信される。

ノードＢは、拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］′を受信すると、自己のローカルｇＰＴＰ時刻に基づく受信タイムスタンプの時刻Ｒ［ｎ］を取得し記憶するとともに、前に受信した拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ−１］′の受信時刻である時刻Ｒ［ｎ−１］の時点でのノードＡのｇＰＴＰ時刻Ｍ［ｎ−１］を、次の式（１）から算出する。

Ｍ［ｎ−１］＝Ｔ［ｎ−１］＋Ｄａｓ［ｎ−１］＋Ｓ［ｎ−１］＋Ｄｓｂ［ｎ−１］
・・・（１）
ここでは、Ｔ［ｎ−１］、Ｓ［ｎ−１］については、受信した拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］′の拡張情報フィールド中に格納された値が用いられる。

また、Ｄａｓ［ｎ−１］は、ノードＡからスイッチＳＷへのイーサネットフレームの物理層伝播遅延、Ｄｓｂ［ｎ−１］は、スイッチＳＷからノードＢへのイーサネットフレームの物理層伝播遅延である。これらの近接ノード間の物理層伝播遅延は、一定、あるいはパケット長との線形関係にあるとみなすことができるため、伝播経路上のこれらの総和は、車内ネットワークなどの固定的なネットワーク構成においては、拡張ＣＲＦフレームの伝播経路毎に線形係数をあらかじめ設定しておくことにより、拡張ＣＲＦフレームを受信したノードにおいて、その受信パケット長から計算できる。

ノードＡからノードＢへの経路での物理層伝播遅延の総和（Ｄａｓ［ｎ−１］＋Ｄｓｂ［ｎ−１］）をＤ［ｎ−１］とすると、式（１）は、次の式（２）に書きかえられる。

Ｍ［ｎ−１］＝Ｔ［ｎ−１］＋Ｓ［ｎ−１］＋Ｄ［ｎ−１］ ・・・（２）
以上のように、ノードＡからノードＢへの拡張ＣＲＦフレームの全遅延時間は、スイッチＳＷにおいてノードＡからの拡張ＣＲＦフレームを受信してからノードＢへ送信するまでの転送遅延時間（Ｓ［ｎ−１］）と、物理層伝播遅延の総和時間とを含む。

時刻Ｒ［ｎ−１］の時点でのノードＡとノードＢ間の時刻の差分ＴｉｍｅＤｉｆｆ［ｎ−１］は、次の式（３）で表わされる。

ＴｉｍｅＤｉｆｆ［ｎ−１］＝Ｍ［ｎ−１］−Ｒ［ｎ−１］ ・・・（３）
ノードＢは、式（２）と式（３）で得られた値を用いて、自己のｇＰＴＰクロック（時刻と周波数）をノードＡのｇＰＴＰクロックに同期させることができる。

ノードＢのｇＰＴＰクロック制御部８３は、式（３）の差分ＴｉｍｅＤｉｆｆ［ｎ−１］を、オフセット値としてオフセット補正部３８へ供給し、ｇＰＴＰクロックカウンタ３９のカウント値を補正する。

以上のように、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、拡張ＣＲＦフレーム中に含まれる送信時刻Ｔ［ｎ−１］と、前の拡張ＣＲＦフレームの送信タイミングの時刻Ｔ［ｎ−１］で送信された拡張ＣＲＦフレームを受信したときのノードＢの現在時刻に基づく受信時刻（Ｒ［ｎ−１］）と、拡張ＣＲＦフレーム中に含まれる拡張ＣＲＦフレームがネットワークを経由してノードＡからノードＢへ送信されるまでの遅延時間（Ｄ［ｎ−１］（＝Ｄ［ｎ−１］＋Ｓ［ｎ−１］））とに基づいて、ノードＢの現在時刻をノードＡの現在時刻に同期させるクロック同期部を構成する。

そして、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、送信時刻Ｔ［ｎ−１］に遅延時間Ｄ［ｎ−１］（＝Ｄ［ｎ−１］＋Ｓ［ｎ−１］）を加算して得られた時刻Ｍ［ｎ−１］と、受信時刻Ｒ［ｎ−１］との差ＴｉｍｅＤｉｆｆを用いて、ノードＢの現在時刻をノードＡの現在時刻に同期させる。
なお、前フレーム送信時刻として、送信するフレームの直前に送信した、すなわち１つ前に送信したＣＲＦフレームの送信時刻でなく、２つ前、３つ前など複数個前に送信したＣＲＦフレームの送信時刻を用いる場合は、上述した各式における、前フレーム送信時刻フィールドに格納される時刻情報は、Ｔ［ｎ−２］、あるいはＴ［ｎ−３］等であり、転送遅延時間フィールドに格納される時間情報は、Ｓ［ｎ−２］、あるいはＳ［ｎ−３］等であり、受信時刻は、Ｍ［ｎ−２］、あるいはＭ［ｎ−３］等であり、受信時刻は、Ｒ［ｎ−２］、あるいはＲ［ｎ−３］等である。

また、ｇＰＴＰクロック同期を定常的に維持する方法として、拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［ｎ］′の受信時点で、周波数調整係数αを、次の式（４）に基づいて計算し、自己のｇＰＴＰクロック生成回路にフィードバックする。

α［ｎ−１］＝（（Ｍ［ｎ−１］−Ｍ［ｎ−Ｎ］）
＋ＴｉｍｅＤｉｆｆ［ｎ−１］）／（Ｒ［ｎ−１］−Ｒ［ｎ−Ｎ］） ・・・（４）
式（４）において、Ｎは、周波数調整の頻度に関わり、拡張ＣＲＦフレームのＮ回の受信に一回、周波数調整を行うことを意味する。

ここでは、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、周波数調整係数αに基づいて、ｇＰＴＰクロックのカウント周期を変更するクロック調整値を算出する。ｇＰＴＰクロック制御部８３は、クロック調整値を用いて、周波数補正部３７を介してｇＰＴＰクロックの周波数を補正する。

以上のように、ｇＰＴＰクロック制御部８３は、複数回受信した拡張ＣＲＦフレームに含まれる複数の送信時刻と、複数の拡張ＣＲＦフレームを受信したときの複数の受信時刻と、記差ＴｉｍｅＤｉｆｆとを用いて、ノードＢの現在時刻を保持するｇＰＴＰクロックカウンタ３９のクロック周波数を、ノードＡの現在時刻を保持するｇＰＴＰクロックカウンタ３９のクロック周波数に同期させるクロック同期部を構成する。

また、ｃｒｆ＿ｄａｔａ中のノードＡの複数の時刻情報と、メディアクロックキャプチャ部８４のノードＢ複数の時刻情報とを比較し、ノードＢの複数の時刻情報の各時間間隔がノードＡの複数の時刻情報の各時間間隔に一致させるための設定データが、メディアクロック制御部８５からメディアクロック生成部７６へ供給される。その結果、ノードＢにおいて、メディアクロック信号ＭＣＬＫ２は、ノードＡのメディアクロック信号ＭＣＬＫ１と同期する。

すなわち、拡張ＣＲＦフレームは、ノードＡのメディアクロック信号ＭＣＬＫ１に基づく所定の第１時間間隔で取得された複数のタイミング時刻を含む。そして、メディアクロック制御部８５は、拡張ＣＲＦフレーム中に含まれる複数（ここでは６つ）のタイミング時刻と、ノードＢのメディアクロック信号ＭＣＬＫ２に基づく第１時間間隔と同じ第２時間間隔で取得された複数（ここでは６つ）のタイミング時刻とに基づいて、メディアクロック信号ＭＣＬＫ１のクロックタイミングにメディアクロック信号ＭＣＬＫ２のクロックタイミングが一致するように、メディアクロック信号ＭＣＬＫ２を、メディアクロック信号ＭＣＬＫ１に同期させるクロック同期部（８５）を構成する。

上述したｇＰＴＰクロック同期方法によれば、ネットワークシステム１の起動後、最低３つの拡張ＣＲＦフレームの配信を行うことにより、ｇＰＴＰクロックの同期とメディアクロックの同期の開始が可能である。

図９は、図１のネットワークシステム１において、ノードＡが配信する３つの拡張ＣＲＦフレームがノードＢに伝播する様子を示す図である。

図９において、ノードＡは、ネットワークシステム１の起動後、定期的に拡張ＣＲＦフレームを配信する。その周期は、オーディオ用のＣＲＦフレームの場合、一般的に２０ｍｓｅｃ（５０Ｈｚ）である。

ノードＢは、拡張ＣＲＦフレームＣＲＦ［２］′の’受信後、式（２)によりＭ［０］、Ｍ［１］の値を計算できる。これらの値を用いて、次の式（５）により、ノードＡとＢ間のｇＰＴＰクロックの周波数比率ＦＲを計算する。

ＦＲ＝（Ｍ［１］−Ｍ［０］）／（Ｒ［１］−Ｒ［０］） ・・・（５）
また、時刻Ｒ［２］の時点でのＭ［２］の推定値ＩＶ［Ｍ２］は、次の式（６）により計算される。

ＩＶ［Ｍ２］＝Ｍ［１］＋（Ｒ［２］−Ｒ［１］）×ＦＲ ・・・（６）
ノードＢは、自己のｇＰＴＰクロックに対し式（５）で算出された値を用いて周波数補正と、式（６）で算出された値を用いて時刻オフセット補正を同時に行う。これにより、ノードＡとＢ間では、ｇＰＴＰクロックの初期同期が取れた状態となる。ノードＢは、その後、例えばＮ回の拡張ＣＲＦフレームの受信毎に、式（４）を計算し、自己のｇＰＴＰクロックカウンタ３９に対し周波数調整を行うことによりｇＰＴＰクロック同期を維持する。

ノードＢは、また、メディアクロック同期を、上記ノードＡとＢ間のｇＰＴＰクロック初期同期が取れた段階で開始することができる。拡張ＣＲＦフレームの継続的な配信により、ｇＰＴＰクロックの同期は維持されるため、メディアクロックの同期状態もまた維持できる。すなわち、上記のようにして、ノードＡとＢ間でｇＰＴＰクロックの同期が取れた状態においては、ＣＲＦフレームのｃｒｆ＿ｄａｔａフィールドを用いて、メディアクロック同期を行うことができる。

よって、その後、マスタであるノードＡから音声データ及び映像データを含むＡＶＴＰ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）データが送信され、音声データ及び映像データは、スレーブであるノードＢ，Ｃにおいて正しく再生される。

なお、上述した実施形態では、ｇＰＴＰクロック同期とメディアクロック同期を行うために、拡張ＣＲＦフレームが用いられているが、拡張ＣＲＦフレームに代えて、ＡＶＴＰフレームなどの他のフレームを用いてもよい。

図１０は、拡張ＡＶＴＰフレームの構成を示す図である。拡張ＡＶＴＰフレームは、イーサネットヘッダフィールド、ＡＶＴＰＤＵ Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｅａｍ Ｈｅａｄｅｒフィールド、ｓｔｒｅａｍ＿ｄａｔａ＿ｐａｙｌｏａｄフィールド及び拡張情報フィールドを含む。拡張情報フィールドは、図２と同様の前フレーム送信時刻フィールドと、転送遅延時間フィールドを含む。

ＣＲＦフレームの送受信を行わないで、音声データ及び映像データを含む拡張ＡＶＴＰフレームを用いても、上述したｇＰＴＰクロック同期及びメディアクロック同期を行うことができる。

以上のように、上述した実施形態によれば、時刻同期のためのプロトコルの稼働前あるいは不稼働下において、装置間でクロック同期を迅速に実行することができるネットワークシステム、送信装置及び受信装置を実現することができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、スイッチＳＷはＣＲＦフレーム中の転送遅延時間を書き換える機能を有しているが、第２の実施形態では、スイッチＳＷｃはＣＲＦフレーム中の転送遅延時間を書き換えない。

第２の実施形態は、例えば車載用ネットワークなどで、系の電源起動後、早期にアナウンスメッセージなどのオーディオデータをネットワークに配信、再生を行なう場合（Ｅａｒｌｙ Ａｕｄｉｏ）におけるクロックの同期方法に関する。

図１１は、本実施形態に係わるネットワークシステムの機能ブロック構成図である。本実施形態においても、ノードＡは、音声データと映像データをノードＢとＣへ送信し、ノードＢ、Ｃにおいて音声データと映像データが再生される。ノードＡは、音声データと映像データの記録及び再生などの時間基準となるプレゼンテーションタイム機能と、ｇＰＴＰ時刻生成機能と、オーディオトーカ（Ａｕｄｉｏ Ｔａｌｋｅｒ）機能とを有している。

本実施形態の各ノード及びスイッチＳＷｃの構成は、第１の実施形態の各ノード及びスイッチＳＷの構成と略同じであるので、説明は省略する。但し、本実施形態においては、スイッチＳＷｃは、第１の実施形態で示したような、転送遅延時間を測定し拡張情報を書き換える機能を有していない。これは、Ｅａｒｌｙ Ａｕｄｉｏ再生の場合の様に、ネットワークシステム１Ａの起動直後のネットワークトラフィックがＡｕｄｉｏパケット以外にない様な場合には、スイッチＳＷｃでの転送遅延（図１３におけるＳ［ｎ］）を含めた経路上の伝播遅延の総和が、ＡＶＴＰフレームの受信側のエンドポイント（すなわちノードＢ，Ｃ）で、十分な精度で計算、あるいは予測できるという前提に基づいている。

図１２は、拡張ＡＶＴＰフレームの構成を示す図である。拡張ＡＶＴＰフレームは、ＩＥＥＥ１７２２−２０１６ ４．４．４に基づき、イーサネットヘッダフィールド、ＡＶＴＰＤＵ Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｅａｍヘッダフィールド、ｓｔｒｅａｍ＿ｄａｔａ＿ｐａｙｌｏａｄフィールド及び拡張情報フィールドを含む。拡張情報フィールドは、前フレーム送信時刻フィールドを含む。

図１１に示すように、ノードＡは、オーディオトーカとしてメディアデータを、図１２に示される拡張ＡＶＴＰフレームに格納してスイッチＳＷｃに送信する。スイッチＳＷｃは、受信した拡張ＡＶＴＰフレームをノードＢとＣに向けて配信する。

図１３は、図１１のネットワークシステム１Ａにおいて、ノードＡが配信する拡張ＡＶＴＰフレームがノードＢに伝播する様子を示す図である。図１３において、上から下へ向かって時間ｔが経過する。

ノードＡは送信時刻Ｔ［ｎ］において、前フレーム送信時刻フィールドにＴ［ｎ−１］を格納した拡張ＡＶＴＰフレーム［ｎ］を送信する。この際、通常のＡＶＴＰフレームと同様にｓｔｒｅａｍ＿ｄａｔａ＿ｐａｙｌｏａｄフィールドには、リスナ側であるノードＢ，Ｃで再生するメディアデータＭｄが格納され、ＡＶＴＰＤＵ Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｔｒｅａｍヘッダ中のａｖｔｐ＿ｔｉｍｅｓｔａｍｐフィールドには、再生タイミングを示したタイムスタンプが格納される。タイムスタンプの基準時刻は、ノードＡのローカルｇＰＴＰ時刻である。

スイッチＳＷｃは、拡張ＡＶＴＰフレーム［ｎ］を受信すると、ノードＢ（及びノードＣ）に転送する。前述した様に、その際に発生する転送遅延時間Ｓ［ｎ］は、ノードＢ側で計算、予測できる前提とする。

ノードＢでは、拡張ＡＶＴＰフレーム［ｎ］を受信すると、第１の実施形態に示した方法と同様の方法で、ｇＰＴＰクロックの同期を行うことができる。ただし、一般にＡＶＴＰフレーム送信間隔（１２５μｓｅｃ、等）は、ＣＲＦフレーム送信間隔（２０ｍｓｅｃ、等）に比べて短い。このような場合には例えばＮフレーム受信毎に処理を行うなど、時刻情報の評価間隔を長くした方が、計算時の誤差や生成クロックのジッタを低減する面で有効である。

ｇＰＴＰクロックの同期が確立すれば、複数のａｖｔｐ＿ｔｉｍｅｓｔａｍｐ情報に基づいて、第１の実施形態と同様にメディアクロック同期も可能となる。

以上のように、上述した各実施形態によれば、時刻同期のためのプロトコルの稼働前あるいは不稼働下において、装置間でクロック同期を迅速に実行することができるネットワークシステム、送信装置及び受信装置を実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ ネットワークシステム、１１ プロセッサ、１２ イーサネットＭＡＣ、１３ イーサネットＰＨＹ、１４ イーサネット回線、１５ システムクロック生成部、１６ メディアクロック生成部、１７ メディアデバイス、２１ イーサネットフレーム送信部、２２ フレーム送信時刻取得部、２３ クロック制御部、２４ メディアクロックキャプチャ部、２５ メディアクロック制御部、２６ メディアデータ受信部、３１ フレーム送受信部、３２ フレーム送受信Ｉ／Ｆ、３３ タイムスタンプ取得Ｉ／Ｆ、３４ ＰＨＹＩ／Ｆ、３５ システムクロック入力部、３６ ｇＰＴＰクロック制御Ｉ／Ｆ、３７ 周波数補正部、３８ オフセット補正部、３９ クロックカウンタ、４０ メディアクロックイベント入力部、４１ イベントキャプチャ部、４２ メディアクロックイベント発生時刻取得Ｉ／Ｆ、５１ プロセッサ、５２ メモリ、５３ イーサネットＭＡＣ、５４ イーサネットＰＨＹ、５５ イーサネット回線、６１ 経路選択・イーサネットフレーム転送部、６２ 転送遅延時間測定部、６３ 転送フレーム編集部、６４，６６ 受信タイムスタンプ取得部、６５，６７ 送信タイムスタンプ取得部、６８，６９ ＰＨＹ層、７１ プロセッサ、７２ イーサネットＭＡＣ、７３ イーサネットＰＨＹ、７４ イーサネット回線、７５ システムクロック生成部、７６ メディアクロック生成部、７７ メディアデバイス、８１ イーサネットフレーム受信部、８２ フレーム受信時刻取得部、８３ クロック制御部、８４ メディアクロックキャプチャ部、８５ メディアクロック制御部、８６ メディアデータ送信部。

Claims (15)

1. ネットワークを経由して、音声データと映像データの少なくとも１つのデータを第１装置から第２装置へ送信するネットワークシステムであって、
   前記第１装置は、
   第１現在時刻を保持する第１現在時刻保持回路と、
   前記少なくとも１つのデータを再生するための第１クロック信号を生成する第１クロック生成回路と、
   所定のフレームを第１のタイミングで送信するフレーム送信部であって、前記所定のフレームが前記第１のタイミングよりも前の第２のタイミングで送信されたときの前記第１現在時刻に基づく送信時刻を含む前記所定のフレームを、前記ネットワークを介して前記第１のタイミングで前記第２装置へ送信するフレーム送信部と、
   を有し、
   前記第２装置は、
   第２現在時刻を保持する第２現在時刻情報保持回路と、
   前記少なくとも１つのデータを再生するための第２クロック信号を生成する第２クロック生成回路と、
   前記ネットワークを介して前記所定のフレームを受信するフレーム受信部と、
   前記所定のフレーム中に含まれる前記送信時刻と、前記第２のタイミングで送信された前記所定のフレームを第３のタイミングで受信したときの前記第２現在時刻に基づく受信時刻と、前記所定のフレーム中に含まれる前記所定のフレームが前記ネットワークを経由して前記第１装置から前記第２装置へ送信されるまでの遅延時間とに基づいて、前記第２現在時刻を前記第１現在時刻に同期させる第１クロック同期部と、
   を有する、ネットワークシステム。
2. 前記第１クロック同期部は、前記送信時刻に前記遅延時間を加算して得られた時刻と、前記受信時刻との差を用いて、前記第２現在時刻を前記第１現在時刻に同期させる、請求項１に記載のネットワークシステム。
3. 前記第２装置は、複数回受信した前記複数の所定のフレームに含まれる複数の前記送信時刻と、前記複数の所定のフレームを受信したときの複数の前記受信時刻と、前記差とを用いて、前記第２現在時刻を保持する前記第２時刻情報保持回路のクロック周波数を、前記第１現在時刻を保持する前記第１時刻情報保持回路のクロック周波数に同期させる第２クロック同期部を有する、請求項２に記載のネットワークシステム。
4. 前記ネットワーク上に設けられ、前記所定のフレームを転送するスイッチを有し、
   前記遅延時間は、前記スイッチにおいて前記第１装置からの前記所定のフレームを受信してから前記第２装置へ送信するまでの転送遅延時間を含む、請求項１に記載のネットワークシステム。
5. 前記スイッチは、前記転送遅延時間を測定する転送遅延時間測定部を有する、請求項４に記載のネットワークシステム。
6. 前記所定のフレームは、前記転送遅延時間を格納するフィールドを有し、
   前記スイッチは、前記フィールド中の前記転送遅延時間を、測定された前記転送遅延時間を用いて更新するフレーム編集部を有する、請求項５に記載のネットワークシステム。
7. 前記所定のフレームは、前記第１クロック信号に基づく第１時間間隔で取得された第１の複数のタイミング時刻を含み、
   前記第２装置は、前記所定のフレーム中に含まれる前記第１の複数のタイミング時刻と、前記第２クロック信号に基づく前記第１時間間隔と同じ第２の時間間隔で取得された第２の複数のタイミング時刻とに基づいて、前記第１クロック信号のクロックタイミングに前記第２クロック信号のクロックタイミングが一致するように、前記第２クロック信号を、前記第１クロック信号に同期させる第３クロック同期部を有する、請求項１に記載のネットワークシステム。
8. 前記所定のフレームは、ＣＲＦ（クロックリカバリフォーマット）フレーム又はＡＶＴＰ（オーディオ・ビデオ・トランスポート・プロトコル）フレームである、請求項１に記載のネットワークシステム。
9. ネットワークを経由して音声データと映像データの少なくとも１つのデータを送信する送信装置であって、
   現在時刻を保持する現在時刻保持回路と、
   前記少なくとも１つのデータを再生するためのクロック信号を生成するクロック生成回路と、
   所定のフレームを第１のタイミングで送信するフレーム送信部であって、前記所定のフレームが前記第１のタイミングよりも前の第２のタイミングで送信されたときの前記現在時刻に基づく送信時刻を含む前記所定のフレームを、前記ネットワークを介して前記第１のタイミングで送信するフレーム送信部と、
   を有する、送信装置。
10. 前記所定のフレームは、ＣＲＦ（クロックリカバリフォーマット）フレーム又はＡＶＴＰ（オーディオ・ビデオ・トランスポート・プロトコル）フレームである、請求項９に記載の送信装置。
11. ネットワークを経由して送信装置からの音声データと映像データの少なくとも１つのデータを受信する受信装置であって、
    第１現在時刻を保持する第１現在時刻保持回路と、
    前記少なくとも１つのデータを再生するための第１クロック信号を生成する第１クロック生成回路と、
    前記ネットワークを介して前記送信装置からの所定のフレームを受信するフレーム受信部と、
    前記所定のフレーム中に含まれ前記送信装置が前記所定のフレームを送信した第１のタイミングよりも前の第２のタイミングの前記送信装置の第２現在時刻に基づく送信時刻と、前記第２のタイミングで送信された前記所定のフレームを第３のタイミングで受信したときの前記第１現在時刻に基づく受信時刻と、前記所定のフレーム中に含まれる前記所定のフレームが前記ネットワークを経由して前記送信装置から前記受信装置へ送信されるまでの遅延時間とに基づいて、前記第１現在時刻を前記送信装置の第２現在時刻に同期させる第１クロック同期部と、
    を有する、受信装置。
12. 前記第１クロック同期部は、前記送信時刻に前記遅延時間を加算して得られた時刻と、前記受信時刻との差を用いて、前記第１現在時刻を前記送信装置の前記第２現在時刻に同期させる、請求項１１に記載の受信装置。
13. 複数回受信した前記複数の所定のフレームに含まれる複数の前記送信時刻と、前記複数の所定のフレームを受信したときの複数の前記受信時刻と、前記差とを用いて、前記第１現在時刻を保持する前記第１時刻情報保持回路のクロック周波数を、前記送信装置の前記第２現在時刻を保持する第２時刻情報保持回路のクロック周波数に同期させる第２クロック同期部を有する、請求項１２に記載の受信装置。
14. 前記所定のフレームは、前記送信装置の第２クロック信号に基づく第１時間間隔で取得された第１の複数のタイミング時刻を含み、
    前記所定のフレーム中に含まれる前記第１の複数のタイミング時刻と、前記第１クロック信号に基づく前記第１時間間隔と同じ第２時間間隔で取得された第２の複数のタイミング時刻とに基づいて、前記第２クロック信号のクロックタイミングに前記第１クロック信号のクロックタイミングが一致するように、前記第１クロック信号を、前記第２クロック信号に同期させる第３クロック同期部を有する、請求項１１に記載の受信装置。
15. 前記所定のフレームは、ＣＲＦ（クロックリカバリフォーマット）フレーム又はＡＶＴＰ（オーディオ・ビデオ・トランスポート・プロトコル）フレームである、請求項１１に記載の受信装置。

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