JP2023003969A - スレーブ装置、時刻同期方法、及び時刻同期プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】通信装置間の時刻同期に必要なハードウェアや、処理を簡素化することが可能なスレーブ装置、時刻同期方法、及び時刻同期プログラムを提供すること。
【解決手段】本開示にかかるスレーブ装置２は、内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻をそれぞれ定めるマスター装置１と通信をおこなうスレーブ装置である。スレーブ装置２は、スレーブ側発振回路２１、スレーブ側内部時刻決定部２２、および時刻精度誤差補正部２３を備える。スレーブ側発振回路２１は時間を計測しており、スレーブ側内部時刻決定部２２は、スレーブ側発振回路２１の計測する時間に基づいて、自身の内部時刻を決定する。
【選択図】図１

Description

本開示は、スレーブ装置、時刻同期方法、及び時刻同期プログラムに関する。

昨今のネットワーク通信における通信装置は、各装置が独自にもつ時間計測手段を用いて内部時刻を計測している。これらの装置を用いて通信をおこなう場合、通信をおこなう装置同士の内部時刻は高精度に同期されている必要があり、その誤差は数十～数百ns以内に抑える必要がある。しかしながら、通信装置の時間計測手段には装置毎に異なる計測精度誤差が存在し、これに起因して通信装置間の内部時刻の誤差は徐々に大きくなっていく。そのため、通信装置間の内部時刻は定期的に同期をする必要がある。

昨今よく用いられる時刻同期方法として、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）やＮＴＰ（Network Time Protocol）等の時刻同期プロトコルがあげられる。これらを実行する場合、時刻同期をおこなう装置同士は時刻同期に必要な情報を通信によってやり取りする必要がある。そのため、何らかの原因によって装置同士の通信が切断されてしまった場合、各装置は内部時刻を同期することができなくなる。この場合、数分から数時間で通信装置間の内部時刻の誤差は、ユーザデータの通信に影響を及ぼす可能性がある程度にまで増大する場合がある。すなわち、これらの時刻同期プロトコルには、装置間同士の通信が切断されると、深刻な時刻同期ずれが発生する可能性があるという問題点がある。

特許文献１には、この問題を解決することを目的として、通信をおこなう装置間の発振回路（時間計測手段）の周波数偏差を測定する手段と、前述の周波数偏差から時刻補正値を生成する手段と、を備えた光伝送通信装置が開示されている。

国際公開第２０１３／０８８４９２号

特許文献１に係る光伝送通信装置は、周波数偏差を測定するために、通信相手側の装置から受信した情報に基づいて、通信相手側の内部時刻を再現してやる必要がある。そのため、先行文献１に係る光伝送通信装置には、ハードウェアや、時刻同期のための処理が複雑化するという課題があった。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、通信装置間の時刻同期に必要なハードウェアや、処理を簡素化することが可能なスレーブ装置、時刻同期方法、及び時刻同期プログラムを提供することを目的とするものである。

本開示に係るスレーブ装置は、
内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるマスター装置と通信をおこなうスレーブ装置であって、
時間を計測するスレーブ装置側内部発振回路と、
前記スレーブ装置側内部発振回路の計測する時間に基づいて、自身の内部時刻を決定するスレーブ装置側内部時刻決定部と、
前記マスター装置の内部発振回路と、前記スレーブ装置側内部発振回路と、の時間計測の誤差を前記マスター装置と自身の内部時刻に基づいて推定し、推定した時間計測の誤差に基づいて自身の内部時刻を補正する時刻精度誤差補正部と、を備えるスレーブ装置である。

本開示に係る時刻同期方法は、
内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻をそれぞれ定めるマスター装置及びスレーブ装置を備える通信網における前記スレーブ装置の時刻同期方法であって、
前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差を、前記マスター装置および自身の内部時刻に基づいて推定し、
前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差に基づいて、自身の内部時刻を補正する時刻同期方法である。

本開示に係る通信プログラムは、
内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるマスター装置と通信をおこない、自身も自身の内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるスレーブ装置に搭載される時刻同期プログラムであって、
前記マスター装置の内部発振回路および前記スレーブ装置の内部発振回路間の時間計測の誤差を、前記マスター装置と前記スレーブ装置の内部時刻に基づいて推定し、
前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差に基づいて自身の内部時刻を補正する動作を、
前記スレーブ装置に実行させる時刻同期プログラムである。

本開示により、通信装置間の時刻同期に必要なハードウェアや、処理を簡素化することが可能なスレーブ装置、時刻同期方法、及び時刻同期プログラムを提供することができる。

実施の形態１に係る通信網の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る通信網の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係るスレーブ装置の処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る情報通信の流れと内部時刻との関連を示す図である。 実施の形態２に係る情報通信の流れと内部時刻との関連を示す図である。 実施の形態２に係る情報通信の流れと内部時刻との関連を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本開示に係る実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係る通信網の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る通信網１００１は、マスター装置１およびスレーブ装置２を備える。本実施の形態では、このマスター装置１およびスレーブ装置２の内部時刻を同期する。マスター装置１およびスレーブ装置２間の時刻同期は、スレーブ装置２側の内部時刻を、マスター装置１側の内部時刻に合わせるように補正することによっておこなわれる。

マスター装置１は、マスター側発振回路１１およびマスター側内部時刻決定部１２を備える。マスター側発振回路１１は、所定の周波数の交流の電気エネルギーを発生させる装置である。さらに、マスター側発振回路１１は、この一定の周波数の交流の電気エネルギーに基づいて、時間を計測することができる。マスター側発振回路１１は、計測した時間情報をマスター側内部時刻決定部１２に出力する。

マスター側内部時刻決定部１２は、マスター側発振回路１１から入力した時間情報に基づいて、マスター装置１の内部時刻を決定する。マスター側内部時刻決定部１２は、決定した内部時刻情報を時刻精度誤差補正部２３に出力する。

スレーブ装置２は、スレーブ側発振回路２１、スレーブ側内部時刻決定部２２、および時刻精度誤差補正部２３を備える。スレーブ側発振回路２１は、所定の周波数の交流の電気エネルギーを発生させる装置である。さらに、スレーブ側発振回路２１は、この一定の周波数の交流の電気エネルギーに基づいて、時間を計測することができる。スレーブ側発振回路２１は、計測した時間情報をスレーブ側内部時刻決定部２２に出力する。

スレーブ側内部時刻決定部２２は、スレーブ側発振回路２１から入力した時間情報に基づいて、スレーブ装置２の内部時刻を決定する。スレーブ側内部時刻決定部２２は、決定した内部時刻情報を時刻精度誤差補正部２３に出力する。

時刻精度誤差補正部２３は、マスター側内部時刻決定部１２およびスレーブ側内部時刻決定部２２から、マスター装置１およびスレーブ装置２の内部時刻を入力する。時刻精度誤差補正部２３は、マスター装置１およびスレーブ装置２の内部時刻に基づいて、マスター側発振回路１１およびスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差を推定する。時刻精度誤差補正部２３は、推定したマスター側発振回路１１およびスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差に基づいて、スレーブ側内部時刻決定部２２の出力したスレーブ装置２の内部時刻を補正する。

このような構成にすることによって、マスター装置１およびスレーブ装置２それぞれの内部時刻を同期することができる。また、本実施の形態に係るスレーブ装置２は、少なくともマスター装置１および自身の内部時刻情報を得る事ができれば、マスター装置１と時刻同期可能であるため、関連する技術の通信装置と比較して簡素なハードウェアや処理で時刻同期をおこなうことができる。

以上から、本実施の形態に係るスレーブ装置によれば、通信装置間の時刻同期に必要なハードウェアや、処理を簡素化することができる。

実施の形態２
以下、図２～６を参照して、本実施の形態に係る通信網の時刻同期について詳しく説明する。図２は、本実施の形態に係る通信網の構成を説明するためのブロック図である。本実施の形態に係る通信網１００１はマスター装置１およびスレーブ装置２を備えている。このマスター装置１およびスレーブ装置２は無線もしくは有線によって、通信をおこなっている。なお、簡単のため図２ではスレーブ装置２が１台しか記載されていないが、スレーブ装置２の台数はこれには限られず、２台以上であってもよい。

たとえば、マスター装置１およびスレーブ装置２は、中央管理サーバと中央管理サーバに収容される端末という組み合わせであってもよいし、中継基地に設置された時刻計測機と中継基地を利用して通信をおこなう端末という組み合わせであってもよい。また、マスター装置１およびスレーブ装置２がいずれも端末であってもよい。さらに、マスター装置１が標準時刻同期用サーバで、スレーブ装置２が標準時刻同期用サーバを利用して標準時刻に時刻を同期するサーバであるような構成にしてもよい。

マスター装置１の構成について説明する。マスター装置１は、マスター側発振回路１１、マスター側内部時刻決定部１２、マスター側通信部１３、およびマスター側ＰＴＰ処理部１４を備えている。

マスター側発振回路１１は、所定の周波数の交流の電気エネルギーを発生させる装置であり、たとえば、水晶振動子やセラミック発振子を組み込んだ回路である。さらに、マスター側発振回路１１は、この一定の周波数の交流の電気エネルギーに基づいて、時間を計測することができる。マスター側発振回路１１は、計測した時間情報をマスター側内部時刻決定部１２に対して出力する。

マスター側内部時刻決定部１２は、マスター側発振回路１１から入力した時間情報に基づいて、マスター装置１の内部時刻を決定する。マスター側内部時刻決定部１２は、決定したマスター装置１の内部時刻を、マスター側ＰＴＰ処理部１４に対して出力する。

マスター側通信部１３はスレーブ装置２と通信をおこなう。具体的には、マスター側通信部１３は、マスター側ＰＴＰ処理部１４から入力したマスター装置１のＰＴＰ処理情報を、スレーブ側通信部２４に対して送信する。また、マスター側通信部１３は、スレーブ側通信部２４からスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を受信し、受信したスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を、マスター側ＰＴＰ処理部１４に対して出力する。

なお、ここでいうＰＴＰ処理情報とは、マスター装置１とスレーブ装置２をＰＴＰによって時刻同期する際にマスター装置１とスレーブ装置２の間でやり取りすることが必要な４つのパケットと、これらのパケットを送受信した時の各装置の内部時刻のことを指す。具体的には、４つのパケットとは、Ｓｙｎｃメッセージ、Ｆｏｌｌｏｗ Ｕｐメッセージ、Ｄｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージ、Ｄｅｌａｙ Ｒｅｓｐメッセージのことを指す。また、これらのパケットを送受信した時の各装置の内部時刻とは、特に、Ｓｙｎｃメッセージを送信した時のマスター装置１の内部時刻、Ｓｙｎｃメッセージを受信した時のスレーブ装置２の内部時刻、Ｄｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージを送信した時のスレーブ装置２の内部時刻、およびＤｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージを受信した時のマスター装置１の内部時刻のことを指す。これらの情報に基づいて行われる時刻同期の詳しい処理については、後ほど詳しく説明する。

マスター側ＰＴＰ処理部１４は、マスター側内部時刻決定部１２から入力したマスター装置１の内部時刻と、マスター側通信部１３から入力したスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報に基づいて、マスター装置１のＰＴＰ処理情報を作成する。マスター側ＰＴＰ処理部１４は、作成したマスター装置１のＰＴＰ処理情報をマスター側通信部１３に出力し、スレーブ装置２に対して送信させる。

続いて、スレーブ装置２の構成について説明する。スレーブ装置２は、スレーブ側発振回路２１、スレーブ側内部時刻決定部２２、時刻精度誤差補正部２３、スレーブ側通信部２４、およびスレーブ側ＰＴＰ処理部２５を備えている。

スレーブ側発振回路２１は、所定の周波数の交流の電気エネルギーを発生させる装置であり、たとえば、水晶振動子やセラミック発振子を組み込んだ回路である。さらに、スレーブ側発振回路２１は、この一定の周波数の交流の電気エネルギーに基づいて、時間を計測することができる。スレーブ側発振回路２１は、計測した時間情報をスレーブ側内部時刻決定部２２に対して出力する。

スレーブ側内部時刻決定部２２は、スレーブ側発振回路２１から入力した時間情報に基づいて、スレーブ装置２の内部時刻を決定する。スレーブ側内部時刻決定部２２は、決定したスレーブ装置２の内部時刻を、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５に対して出力する。また、スレーブ側内部時刻決定部２２は、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５もしくは時刻精度誤差補正部２３から内部時刻補正情報を入力すると、入力した内部時刻補正情報に基づいてスレーブ装置２の内部時刻を補正する。

時刻精度誤差補正部２３は、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５からマスター装置１及びスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を入力する。さらに、時刻精度誤差補正部２３は、入力したＰＴＰ処理情報に基づいて、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差を推定する。また、時刻精度誤差補正部２３は、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５からＰＴＰ処理を中断した旨の通知を受けた場合、推定した時間計測の誤差に基づいて内部時刻補正情報を作成し、スレーブ側内部時刻決定部２２に出力する。

スレーブ側通信部２４はマスター装置１と通信をおこなう。具体的には、スレーブ側通信部２４は、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５から入力したスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を、マスター側通信部１３に対して送信する。また、スレーブ側通信部２４は、マスター側通信部１３からマスター装置１のＰＴＰ処理情報を受信し、受信したマスター装置１のＰＴＰ処理情報を、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５に対して出力する。さらに、スレーブ側通信部２４は、マスター装置１との通信が不可能になった場合、その旨をスレーブ側ＰＴＰ処理部２５に対して通知する。

スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、スレーブ側内部時刻決定部２２から入力したスレーブ装置２の内部時刻と、スレーブ側通信部２４から入力したマスター装置１のＰＴＰ処理情報に基づいて、スレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を作成する。スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、作成したスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報をスレーブ側通信部２４に出力し、マスター装置１に対して送信させる。また、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、マスター装置１及びスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報を時刻精度誤差補正部２３に対して出力する。さらに、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、作成したスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報に基づいて内部時刻補正情報を作成する。スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、作成した内部時刻補正情報をスレーブ側内部時刻決定部２２に対して出力する。また、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、スレーブ側通信部２４からマスター装置１との通信が不可能になった旨の通知を受けた場合、ＰＴＰ処理を中断し、時刻精度誤差補正部２３にその旨を通知する。

以下、図２～６を用いて、本実施の形態に係る時刻同期方法の処理動作について詳しく説明する。図３は、本実施の形態に係るスレーブ装置２の時刻同期処理の流れの概要を示すフローチャートである。まず初めに、スレーブ装置２は、マスター装置１およびスレーブ装置２が通信可能であるかを判定する（Ｓ１）。Ｓ１において判定がＹｅｓであった場合、スレーブ装置２は、マスター装置１とＰＴＰ処理情報の交換をおこなう（Ｓ２）。次に、スレーブ装置２は、ＰＴＰ処理をおこない自身の内部時刻を補正する（Ｓ３）。最後に、スレーブ装置２は、ＰＴＰ処理情報に基づいて、時間計測の誤差を推定する（Ｓ４）。また、Ｓ１において判定がＮｏであった場合、スレーブ装置２は、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差に基づいて、自身の内部時刻を補正する（Ｓ５）。以下、それぞれのステップについて、対応する図を参照しながら詳しく説明する。

まず初めに、図３のＳ１における判定がＹｅｓだった場合の処理（図３のＳ２～４）の流れについて、詳しく説明する。図４は、マスター装置１とスレーブ装置２が、ＰＴＰ処理情報を交換するステップ（図３のＳ２に対応）について詳しく説明するための模式図である。図中のｔ１及びｔ４は、マスター装置１の内部時刻を表し、ｔ２及びｔ３は、スレーブ装置２の内部時刻を表している。また、図中の矢印１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、及び１０４ａは、マスター装置１とスレーブ装置２の間でのＰＴＰ処理情報のやり取りを示している。さらに、図中のｄは、マスター装置１とスレーブ装置２の間での情報の送受信に必要な時間を表しており、ｏは、マスター装置１とスレーブ装置２の間での内部時刻の誤差、すなわちオフセット値を示している。なお、このオフセット値ｏは、ある時点におけるスレーブ装置２の内部時刻から、同じ時点におけるマスター装置１の内部時刻を引いた時間として定義される。つまり、マスター装置１の内部時刻がｔ１である時点では、スレーブ装置２の内部時刻は、ｔ１＋ｏとなっている。本実施の形態に係るマスター装置１およびスレーブ装置２は、ＩＥＥＥ１５８８にて定義されたＰＴＰ通信をおこなう。まず初めに、マスター装置１の内部時刻がｔ１である時点で、マスター装置１がスレーブ装置２に対してＳｙｎｃメッセージ１０１ａを送信する。スレーブ装置２は、Ｓｙｎｃメッセージ１０１ａを、スレーブ装置の内部時刻がｔ２である時点で受信する。次に、マスター装置１は、時刻ｔ１の値を添付したＦｏｌｌｏｗ ＵＰメッセージ１０２ａをスレーブ装置２に対して送信する。スレーブ装置２は、Ｆｏｌｌｏｗ ＵＰメッセージ１０２ａを受信すると、スレーブ装置２の内部時刻がｔ３である時点で、Ｄｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージ１０３ａを送信する。マスター装置１は、このＤｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージ１０３ａを、マスター装置１の内部時刻がｔ４である時点で受信する。最後に、マスター装置１が時刻ｔ４の値を添付したＤｅｌａｙ Ｒｅｓｐメッセージ１０４ａをスレーブ装置２に送信し、スレーブ装置２がこれを受信することで、ＰＴＰ処理情報を交換するステップは完了する。スレーブ装置２は、マスター装置との通信によって取得した時刻の値ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をスレーブ側ＰＴＰ処理部２５に記憶させておく。

引き続き図２および４を用いて、スレーブ装置２が自身の内部時刻を補正するステップ（図３のＳ３に対応）について詳しく説明する。まず、スレーブ装置２は自身の内部時刻を補正するために、マスター装置１の内部時刻とスレーブ装置２の内部時刻の誤差、すなわち図４中のオフセット値ｏを算出する必要がある。スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、前述したＰＴＰ処理情報を交換するステップにて取得したｔ１～４の値を用いて、このオフセット値ｏを算出する。図４によると、時刻ｔ１～ｔ４、時間ｄ、オフセット値ｏの間には、以下の数式１及び２で表される関係式が成り立つことがわかる。

・・・数式１

・・・数式２

これら２つの関係式に基づいて連立方程式を解くと、オフセット値ｏは数式３のように表されることがわかる。

・・・数式３

スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、上記数式３に対して、ｔ１～４の値を代入することで、オフセット値ｏを算出する。スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、算出したオフセット値ｏを内部時刻補正情報としてスレーブ側内部時刻決定部２２に出力する。スレーブ側内部時刻決定部２２は、現在計測していた内部時刻から、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５から入力したオフセット値ｏを引くことによって、自身の内部時刻を補正する。

なお、これらの処理はマスター装置側の内部時刻がｔ１である時のオフセット値ｏと、ｔ４である時のオフセット値ｏが等しく、マスター装置１とスレーブ装置２の間での情報の送受信に必要な時間ｄが常に一定であるという近似に基づいて成り立っている。実際には、前述したとおりマスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１との間に精度誤差が存在しているので、マスター装置側の内部時刻がｔ１である時のオフセット値ｏと、ｔ４である時のオフセット値ｏは完全には一致しない。また、マスター装置１とスレーブ装置２の間での情報の送受信に必要な時間ｄが常に一定であることも現実には起こりえない。しかし、この近似に起因するマスター装置１とスレーブ装置２の時刻同期の誤差は十分に小さいものであり、通信をおこなう上で支障をきたすものではないので、本実施の形態では上述した近似に基づいて処理をおこなっている。

このように、本実施の形態では、マスター装置１およびスレーブ装置２が通信可能である場合は、マスター装置１から送信される時刻情報に基づいて、スレーブ装置２が自身の内部時刻を補正することで時刻同期をおこなう。具体的には、マスター装置１およびスレーブ装置２が通信可能な場合は、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）によって、スレーブ装置２が自身の内部時刻を補正する。

続いて、図２及び図５を用いて、スレーブ装置２がＰＴＰ処理情報に基づいて時間計測の誤差を推定するステップ（図３のＳ４に対応）について詳しく説明する。図５は、マスター装置１とスレーブ装置２のＰＴＰ処理情報のやり取りと、それぞれの装置の内部時刻を関連付けた模式図である。本実施の形態に係るスレーブ装置２は、２回分のＰＴＰ処理で得られたＰＴＰ処理情報に基づいて、マスター装置１とスレーブ装置２の時間計測の誤差を算出する。そのため、図５には、２回分のＰＴＰ処理に必要なＰＴＰ処理情報のやり取りが、一部省略されて記載されている。具体的には、矢印１０１ａが１回目のＳｙｎｃメッセージのやり取りを、矢印１０１ｂが２回目のＳｙｎｃメッセージのやり取りを表している。また、ｔ１及びｔ５は該当する時点でのマスター装置１の内部時刻を、ｔ２及びｔ６は該当する時点でのスレーブ装置２の内部時刻をそれぞれ表しており、ｏは１回目のＰＴＰ処理にて算出されたオフセット値を表している。スレーブ側ＰＴＰ処理部２５は、これらの値を時刻精度誤差補正部２３に対して出力する。そして、時刻精度誤差補正部２３がこれらの値に基づいて時間計測の誤差を算出する。

図５によると、マスター装置１は内部時刻ｔ１で１回目のＳｙｎｃメッセージを送信し、内部時刻ｔ５で２回目のＳｙｎｃメッセージを送信する。そのため、１回目と２回目のＳｙｎｃメッセージを送信する間に、マスター側発振回路１１は、ｔ５－ｔ１で表される時間を計測していることになる。一方、スレーブ装置２は内部時刻ｔ２で１回目のＳｙｎｃメッセージを受信し、内部時刻ｔ６で２回目のＳｙｎｃメッセージを受信する。ここで、スレーブ装置２の内部時刻は、内部時刻ｔ２から内部時刻ｔ６の間で、１回目のＰＴＰ処理で算出されたオフセット値ｏによる補正を受けている。そのため、１回目と２回目のＳｙｎｃメッセージを送信する間に、スレーブ側発振回路２１は、ｔ６―ｔ２＋ｏで表される時間を計測していることになる。ここで、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の１秒間あたりの時間計測の誤差がｊ秒であるとする。すなわち、マスター側発振回路１１が１秒を計測する間に、スレーブ側発振回路２１が１＋ｊ秒を計測するものであるとする。すると、以下の数式４で表される関係式が成り立つ。

・・・数式４

この数式４を、時間計測の誤差ｊについて整理すると以下の数式５で表される関係式が成り立つ。

・・・数式５

時刻精度誤差補正部２３は、この数式５に対して、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５から入力した時刻ｔ１、ｔ２、ｔ５、ｔ６、およびオフセット値ｏを代入することで、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の１秒間あたりの時間計測の誤差ｊを算出する。時刻精度誤差補正部２３は、このようにして算出した時間計測の誤差ｊの値を、次回のＰＴＰ処理に伴って更新されるまで記憶しておく。

このように、本実施の形態に係るスレーブ装置２は、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差を、マスター装置１およびスレーブ装置２が通信可能であるときに推定しておくようにしている。さらに具体的に言うと、マスター装置１がＳｙｎｃメッセージを送信したときのマスター装置１の内部時刻ｔ１及びｔ５と、スレーブ装置２がＳｙｎｃメッセージを受信したときのスレーブ装置２の内部時刻ｔ２及びｔ６と、マスター装置の内部時刻およびスレーブ装置２の内部時刻間のオフセット値ｏと、に基づいて、スレーブ装置２が、マスター側発振回路１１と、スレーブ側発振回路２１と、の時間計測の誤差ｊを推定している。

続いて、図２および図６を用いて、図３のＳ１における判定がＮｏだった場合の処理、すなわち、図３におけるＳ５の処理について詳しく説明する。図６は、マスター装置１およびスレーブ装置２が通信不可能な場合におけるマスター装置１とスレーブ装置２の内部時刻の対応関係を表した図である。図６に示すようにＰＴＰ処理情報を送信することができない場合、スレーブ装置２は、時刻精度誤差補正部２３に記憶された、マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差ｊに基づいて、自身の内部時刻を補正する。図６中のｔ７は、最後にマスター装置１とスレーブ装置２の内部時刻が同期された時刻を表している。なお、ここでいう最後の時刻同期とは、前述したＰＴＰ処理による時刻同期でもよいし、後述する時間計測の誤差ｊに基づく時刻同期でもよい。また、このｔ７の値は、最後の時刻同期がＰＴＰ処理によるものであった場合は、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５から時刻精度誤差補正部２３に対して出力される。さらに、このｔ７の値は、最後の時刻同期が時間計測の誤差ｊに基づくものであった場合は、スレーブ側内部時刻決定部２２から時刻精度誤差補正部２３に対して出力される。マスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１との間には時間計測の誤差ｊが存在しているので、ＰＴＰ処理による時刻同期が行われない場合、マスター装置１とスレーブ装置２の内部時刻の誤差は時間が経過するのに伴って大きくなる。そのため、内部時刻ｔ７からある長さの時間が経過したマスター装置１の内部時刻がｔ９を示す時点では、スレーブ装置２の内部時刻はｔ９とは異なる値であるｔ８を示している。ここで、ｔ８とｔ９の間には以下の数式６に示す関係式が成り立つ。

・・・数式６

この数式６をｔ９について整理することによって、数式７を得ることができる。

・・・数式７

時刻精度誤差補正部２３は、時間計測の誤差ｊと時刻ｔ７の値を、内部時刻補正情報として、スレーブ側内部時刻決定部２２に対して出力する。スレーブ側内部時刻決定部２２は、時刻精度誤差補正部２３から時間計測の誤差ｊと時刻ｔ７の値を入力すると、上述した数式７に示す関係式にこれらの値を代入して、スレーブ装置２の内部時刻を補正する。

スレーブ装置２は、マスター装置１とスレーブ装置２の通信が回復するまで、上述した時間計測の誤差ｊに基づく補正を所定の周期で繰り返しおこなう。マスター装置１とスレーブ装置２の通信が回復した場合は、スレーブ装置２は上述した時間計測の誤差ｊに基づく補正を解除し、ＰＴＰによる時刻同期を再開する。

このように、本実施の形態に係るスレーブ装置２は、マスター装置１及びスレーブ装置２が通信不可能な場合は、マスター側発振回路１１と、スレーブ側発振回路２１と、の時間計測の誤差ｊに基づいて、自身の内部時刻を補正する。

以上説明したように、このような構成にすることによって、マスター装置１とスレーブ装置２の内部時刻を同期することができる。本実施の形態に係るスレーブ装置２は、マスター装置１および自身の内部時刻に基づいてマスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差ｊを算出するので、関連技術に係る通信装置よりも簡素なハードウェアで時刻同期をおこなうことができる。

本実施の形態のように、マスター装置１とスレーブ装置２が通信可能なときの時刻同期方法としてＰＴＰを用いた場合、ＰＴＰに用いられる一般的なパラメータを利用してマスター側発振回路１１とスレーブ側発振回路２１の時間計測の誤差を推定することができるので、本開示に係る技術は特に効果を奏する。

その他の実施の形態
実施の形態２に係るスレーブ装置２では、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５から独立して時刻精度誤差補正部２３が備えられていたが、時刻精度誤差補正部２３はスレーブ側ＰＴＰ処理部２５の内部に存在していてもよい。また、スレーブ側ＰＴＰ処理部２５に時刻精度誤差補正部２３の機能のみを追加するような形にしてもよい。このようにした場合、時刻同期に必要なハードウェアがより簡略化される。

実施の形態２に係るスレーブ装置２では、マスター装置１とスレーブ装置２が通信可能なときの時刻同期方法としてＰＴＰを用いていたが、他の通信プロトコルを用いてもよく、たとえばＮＴＰであってもよい。

以上説明してきた実施の形態に係るスレーブ装置２の時刻同期処理は、スレーブ装置に搭載されたプログラムに基づいて、スレーブ装置が実行してもよい。

なお、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

１ マスター装置
２ スレーブ装置
１１ マスター側発振回路
１２ マスター側内部時刻決定部
１３ マスター側通信部
１４ マスター側ＰＴＰ処理部
２１ スレーブ側発振回路
２２ スレーブ側内部時刻決定部
２３ 時刻精度誤差補正部
２４ スレーブ側通信部
２５ スレーブ側ＰＴＰ処理部
１０１ａ、１０１ｂ Ｓｙｎｃメッセージ
１０２ａ Ｆｏｌｌｏｗ Ｕｐメッセージ
１０３ａ Ｄｅｌａｙ Ｒｅｑメッセージ
１０４ａ Ｄｅｌａｙ Ｒｅｓｐメッセージ
１００１ 通信網

Claims (8)

1. 内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるマスター装置と通信をおこなうスレーブ装置であって、
   時間を計測するスレーブ装置側内部発振回路と、
   前記スレーブ装置側内部発振回路の計測する時間に基づいて、自身の内部時刻を決定するスレーブ装置側内部時刻決定部と、
   前記マスター装置の内部発振回路と、前記スレーブ装置側内部発振回路と、の時間計測の誤差を前記マスター装置と自身の内部時刻に基づいて推定し、推定した時間計測の誤差に基づいて自身の内部時刻を補正する時刻精度誤差補正部と、を備えるスレーブ装置。
2. 前記マスター装置から送信される時刻情報に基づいて、自身の内部時刻を補正する時刻同期処理部を備え、
   前記マスター装置と通信可能な場合は、前記時刻同期処理部が、前記マスター装置から送信される時刻情報に基づいて、自身の内部時刻を補正し、
   前記マスター装置と通信不可能な場合は、前記時刻精度誤差補正部が、前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の前記時間計測の誤差に基づいて、自身の内部時刻を補正する請求項１に記載のスレーブ装置。
3. 前記時刻精度誤差補正部は、前記マスター装置と通信可能な状態であるときに、前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差を推定する請求項１又は２に記載のスレーブ装置。
4. 前記時刻同期処理部は、前記マスター装置と通信可能な場合は、前記マスター装置から送信される時刻情報に基づいて、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）によって、自身の内部時刻を補正する請求項２に記載のスレーブ装置。
5. 前記時刻精度誤差補正部は、
   前記マスター装置が、ＰＴＰにおけるＳｙｎｃメッセージを送信したときの、前記マスター装置の内部時刻と、
   自身が、ＰＴＰにおけるＳｙｎｃメッセージを受信したときの、自身の内部時刻と、
   ＰＴＰにおける前記マスター装置の内部時刻および自身の内部時刻間のオフセット値と、に基づいて、
   前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差を推定する請求項１及至４のいずれか１項に記載のスレーブ装置。
6. 前記時刻同期処理部は、前記マスター装置と通信可能な場合は、前記マスター装置から送信される時刻情報に基づいて、ＮＴＰ（Network Time Protocol）によって、自身の内部時刻を補正する請求項２に記載のスレーブ装置。
7. 内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻をそれぞれ定めるマスター装置及びスレーブ装置を備える通信網における前記スレーブ装置の時刻同期方法であって、
   前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差を、前記マスター装置および自身の内部時刻に基づいて推定し、
   前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差に基づいて、自身の内部時刻を補正する時刻同期方法。
8. 内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるマスター装置と通信をおこない、自身も自身の内部発振回路の計測する時間に基づいて内部時刻を定めるスレーブ装置に搭載される時刻同期プログラムであって、
   前記マスター装置の内部発振回路および前記スレーブ装置の内部発振回路間の時間計測の誤差を、前記マスター装置と前記スレーブ装置の内部時刻に基づいて推定し、
   前記マスター装置の内部発振回路と、自身の内部発振回路と、の時間計測の誤差に基づいて自身の内部時刻を補正する動作を、
   前記スレーブ装置に実行させる時刻同期プログラム。

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