JP3664580B2 - クロック切替装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクロック切替装置に関し、特に網同期方式に従属同期方式を採用したネットワークを構成する各通信ノードにおいて、装置内クロック源を決定する際のクロック切替装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
網同期方式に従属同期方式を採用したネットワークは、１台のマスタノードとその他の複数のスレーブノードで構成され、マスタノードは自ノードで生成したクロック、または外部から供給されるクロックを伝送路へ送出し、各スレーブノードは伝送路から抽出したクロックに従属同期することにより、網内もしくは外部網とのクロック同期を確立し、その上で、各通信ノードにて正常なデータの送受信を可能にしている。
【０００３】
図１３は従来技術によるクロック切替装置の原理構成を示した図である。図において、このクロック切替装置は、第１伝送路から受信したクロック優先度情報を分離する手段３１と、第１伝送路からクロックを抽出する手段３２と、第２伝送路から受信したクロック優先度情報を分離する手段３３と、第２伝送路からクロックを抽出する手段３４と、外部クロック入力を監視する手段３５と、マスタノードとなるための優先順位をクロック優先度として予め設定する手段３６とを備えている。
【０００４】
このクロック切替装置はさらに、手段３６によって与えられるクロック優先度設定値と外部クロック入力監視手段３５から出力された外部クロック入力監視信号と分離手段３１，３２からそれぞれ与えられる第１及び第２の受信クロック優先度情報をそれぞれ比較して調停を行う手段３７を備えている。
【０００５】
この調停手段３７は、［クロック優先度設定値＞第１及び第２の受信クロック優先度］の場合は、自ノード内クロック（あるいは外部クロックの入力があれば外部クロック）を装置内クロック源とするように調停し、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＞第２の受信クロック優先度］の場合は、第１の伝送路クロックを、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＜第２の受信クロック優先度］の場合は第２の伝送路クロックを、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＝第２の受信クロック優先度］の場合は、第１の伝送路クロックまたは第２の伝送路クロックを装置内クロック源とするように調停する手段と、
【０００６】
また、クロック切替装置はさらに、自ノード内クロックを生成する手段３８と、クロック抽出手段３２，３４でそれぞれ抽出された第１及び第２の伝送路クロック、外部クロック、及びクロック生成手段３８で生成された自ノード内クロックのうちのいずれかのクロックを上記の調整手段３７の調停結果に基づいて選択する手段３９と、手段３９で選択されたクロックを源に装置内クロックを生成する手段４０とを備えている。
【０００７】
さらにクロック切替装置はクロック優先度情報中継手段４１を備え、この中継手段４１は、設定手段３６によって設定されたクロック優先度設定値並びに分離手段３１，３３でそれぞれ分離された第１及び第２の受信クロック優先度情報のうち最も高い優先度の値に更新し、また、クロック優先度情報の有効性を示すシーケンス番号（クロック優先度設定値が最も高い場合のみ書き替え、低い場合はそのまま系毎に中継する）を付けて中継する。この場合の出力側伝送路に対しては同じクロック優先度が中継される。
【０００８】
中継手段４１は第１及び第２伝送路クロック優先度情報多重手段４２，４３に接続されており、多重手段４２では第１伝送路出力にクロック優先度情報を多重し、多重手段４３では第２伝送路出力にクロック優先度情報を多重する。この場合の多重動作は、装置内クロック生成手段４０からの装置内クロックに基づいて行われる。
【０００９】
このような構成により、各通信ノードに割り当てられたクロック優先度に従って、優先順位の最も高いノードがマスタノード、その他のノードがスレーブノードとして構成され、また、外部クロック供給断、マスタノードの離脱及び、伝送路断といった各種障害に対しても、マスタノードの自動切替え及び、スレーブノードでの従属系の自動切替えを行うことにより、常に、網同期を確立するようにしていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのようなクロック切替装置は、マスタノードの離脱を監視（シーケンス番号の監視）する手段及び、スレーブノードでの従属系の選択手段に関しては、ネットワーク形態を二重化リング（第１及び第２伝送路）に限定することで成立するものであり、各通信ノードに接続される伝送路が２方路以上の多ルートになり、しかも伝送路の入出力系が固定にならないようなメッシュ状に構成されたネットワーク形態には対応できなかった。
【００１１】
そこで本発明は、１台のマスタノードと複数台のスレーブノードをメッシュ状に配置し、各スレーブノードは伝送路を介して該マスタノードのクロックに順次同期する従属同期方式を採用するネットワークにおける各ノードに設けられたクロック切替装置において、二重化リング以外のネットワーク形態、特に、メッシュ網というより広範囲の網構築に適したネットワークにも対応できるように、すなわち、接続する伝送路が２方路以上存在する通信ノードにも適応できる装置内クロック源のクロック切替装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は上記の目的を達成するための本発明に係るクロック切替装置の構成を原理的に示したものであり、各伝送路から受信したクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を分離する手段として、第１伝送路入力から受信クロック優先度情報を分離する手段１と、第１伝送路入力から受信クロック中継段数情報を分離する手段２と、第ｎ伝送路入力から受信クロック優先度情報を分離する手段５と、第ｎ伝送路入力から受信クロック中継段数情報を分離する手段６と、を備えている。
【００１３】
なお、第１から第ｎまでは図を簡略化するために省略してあるが、上記と同様の分離手段を備えている。
また、各伝送路から受信したクロックを抽出する手段として、第１伝送路入力からクロックを抽出する手段４と、第ｎ伝送路入力からクロックを抽出する手段８と、を備えている。
【００１４】
さらに、外部クロック入力を監視する手段９と、マスタノードとなるための優先順位をクロック優先度として予め設定する手段１０と、クロック優先度設定値及び外部クロック入力監視信号並びに第１の受信クロック優先度情報、第１の受信クロック中継段数情報、第ｎの受信クロック優先度、及び第ｎの受信クロック中継段数情報のそれぞれの比較を行い、図２に示すような調停を行う手段１１と、自ノード内クロックを生成する手段１２と、調停手段１１の出力に基づき第１の伝送路クロック、第ｎの伝送路クロック、外部クロック、及び自ノード内クロックのうちのいずれかのクロックを選択する手段１３と、選択クロックを源に、装置内クロックを生成する手段１４と、を備えている。
【００１５】
さらに、このクロック切替装置は中継手段１５を備えており、この中継手段１５は、クロック優先度情報について、クロック優先度設定値と第１の受信クロック優先度情報と第ｎの受信クロック優先度情報のうち最も高い値に更新し、クロック中継段数情報について、クロック優先度設定値が最も高い場合はマスタノードとなる値に、低い場合は受信クロック中継段数情報を１だけインクリメントした値に更新して中継する。この中継手段１５は、第１伝送路出力にクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を多重する手段１６と、第ｎ伝送路出力にクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を多重する手段１７とに接続されており、これらの多重手段１６，１７は装置内クロックに基づいて多重動作を行うが、中継手段１５からは同じクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を別個に受ける。
【００１６】
すなわち本発明によれば、調停手段１１は、図２のクロック切替調停原理図（１）に示すように、自局のクロック優先度設定値が最も高く、且つ外部クロック入力が無い場合には自ノード内クロックが選択され（項２，４）、外部クロック入力がある場合には外部クロックが選択される（項１，３）。さらに外部クロック入力が無く自局のクロック優先度設定値が低いときには伝送路からのクロック優先度が考慮されて最も優先度が高い伝送路のクロックが選択される（項５，６）。
【００１７】
上記において、各伝送路からのクロック優先度が同じである場合にはクロックの選択ができない。そこで、このような場合には、さらにクロック中継段数の情報を用いることによりこのクロック中継段数が最も小さい伝送路クロックを選択する（項７，８）。
【００１８】
このようにして、中継段数に上限値を設けておけば、マスタノードの離脱に関する検出が可能となり、また、複数の方路にてクロック優先度情報が同値となった場合、分離手段２，６から得られたクロック中継段数情報を追加して考慮し、該クロック中継段数情報をもとに、マスタノードとスレーブノードとのそれぞれの区間で、中継ノード数が一番少ない方路を選択するように作用し、通信ノードを中継することにより発生するクロックジッタが、より少ない方路を選択することが可能となる。
【００１９】
また本発明においては、各伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段として、図１に示す如く第１伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段３と、第ｎ伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段７とを備えることができる。
【００２０】
そして、この場合、調停手段１１は、第１の対向クロック優先度情報と、第ｎの対向クロック優先度情報を追加して図３に示すような調停を行う。また、これに伴って、多重手段１６は、第１伝送路出力にクロック優先度設定値をそのまま送信対向優先度情報として多重出力し、多重手段１７は、第ｎ伝送路出力にクロック優先度設定値をそのまま送信対向優先度情報として多重出力する。
【００２１】
すなわち、図２の調停原理において、各伝送路からのクロック中継段数が同じになった場合（項９）には、図示の例では第１または第ｎ伝送路クロックが選択されるが、いずれかは決定できない。
【００２２】
そこで、スレーブノードでの従属系の選択において、複数の方路にてクロック優先度情報及びクロック中継段数情報がいずれも同値となった場合、図３のクロック切替調停原理（２）に示す如く、対向優先度情報を追加考慮することにより、隣接する通信ノードでのクロック優先度設定値が一番高い方路を選択するように作用し、網の再構築、メンテナンス、または、障害発生時において、よりクロック切替状態遷移の工程を少なくすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係るクロック切替装置に適用される各通信ノードの実施例を示す。本実施例のネットワークは、この通信ノードを２〜４系統の伝送路でメッシュ状に複数台接続したものであり、通信ノード間のデータは図５に示すオーバヘッドを有するフレームで伝送するようになっている。
【００２４】
この通信ノードは、１系伝送路インタフェース部２１、２系伝送路インタフェース部２２、３系伝送路インタフェース部２３、４系伝送路インタフェース部２４、クロック生成部２５、及びクロック調停部２６で構成されている。
【００２５】
１系伝送路インタフェース部２１は、１系伝送路と通信ノードとを接続し、１系伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２６】
２系伝送路インタフェース部２２は、２系伝送路と通信ノードとを接続し、２系伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２７】
３系伝送路インタフェース部２３は、３系伝送路と通信ノードとを接続し、伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２８】
４系伝送路インタフェース部２４は、４系伝送路と通信ノードとを接続し、伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２９】
なお、これらのインタフェース部２１〜２４は、図１に示した手段１〜８及び１６，１７に対応するものである。
【００３０】
クロック調停部２５は、図１に示した手段１０，１１，１５に対応したもので、レジスタ２５１にて通信ノードがマスタノードとなるための優先順位（クロック優先度）をクロック優先番号として保持し、調停回路２５２において、そのクロック優先番号を下位の値、外部クロック有効信号（断検出信号）を上位の値として構成する自ノード内クロック優先度情報と、各伝送路からの受信オーバヘッド情報及び同期検出信号を元にフリーラン（ＰＬＯ自走）クロック、外部クロック、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロックの内の何れか１つのクロックを装置内クロック源として選択するための調停を行い、また、調停結果に従ってオーバヘッド情報の中継を行う。
【００３１】
クロック生成部２６は、図１に示した手段９，１２〜１４に対応したもので、セレクタ（ＳＥＬ）２６１において、クロック調停部２５からの装置内クロック源切替信号を元に、外部クロック、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロックの内の何れか１つのクロックを選択し、分周回路２６２によりＰＬＯ基準周波数に変換後、ＰＬＯ２６３に入力する。ＰＬＯ２６３は基準クロックに従属するか、または、自走することにより装置内クロックの生成を行う。また、外部クロック断検出回路２６４により、クロックの有無を監視し、外部クロック有効信号の生成を行う。
【００３２】
図５は通信ノード間において伝送されるオーバヘッド領域を示す図であり、ａ〜ｃの３つの領域で構成され、領域ａはクロック優先度情報、領域ｂは、クロック中継段数情報、領域ｃは対向クロック優先度情報をそれぞれ示す。
領域ａのクロック優先度情報は、各伝送路から受信した当該情報と、自ノード内クロック優先度情報とを比較し、優先度が高い方の値を書き込んで中継されることになる。
【００３３】
領域ｂのクロック中継段数情報は、マスタノードを起点にスレーブノードを中継する毎に値をインクリメントする情報であり、その値には上限を設け、受信クロック優先度が上限値を超えている場合は、同時に受信したクロック優先度情報を無効と見なす。
領域ｃの対向クロック優先度情報は、自ノード内クロック優先度情報をそのまま書き込んで中継する。
なお、各情報を受信する際は、フレーム同期信号が正常の場合のみ有効と見なす。
【００３４】
このように、通信ノードの装置内クロック源選択肢は、図６に示すように、フリーランクロック（自ノード）、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロック、及び外部クロックの６つの状態遷移として表すことができる。
【００３５】
そして、図７の項目として以下に示すように、
●１系フレーム同期検出信号
●２系フレーム同期検出信号
●３系フレーム同期検出信号
●４系フレーム同期検出信号
の１８のパラメータを与えることで調停を行い、図６に示した６つの状態のうち、フリーランクロック及び外部クロックの状態は、その通信ノードがマスタノードとして動作し、１系伝送路クロック〜４系伝送路クロックの状態は、その通信ノードがスレーブノードとして動作することを示している。
【００３６】
このような実施例の動作を、９台の通信ノードＡ〜Ｉを接続した構成例において、クロック優先番号▲１▼〜▲９▼をノードＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉに順次割り当てた場合のクロック切替動作について、５つの事例を図８〜図１２により以下に説明する。
【００３７】
全ノードが正常である事例（図８）
この場合には、まず、ノードＡは１系と２系の２つの伝送路を有するが、外部クロックを入力していないので自ノードのレジスタ２５１に保持されている最高のクロック優先度▲１▼を有し、フリーランクロックのマスタノードとなる。また、クロック中継段数は“０”であるので、隣接ノードＢ，Ｄから見た対向クロック優先度“１”を付加したクロック情報「１−０−１」を１系及び２系伝送路インタフェース部２１，２２の多重部でオーバヘッドに乗せて隣のノードＢ，Ｄに送る。
【００３８】
ノードＢではクロック優先度が“１”であるので調停回路２５２がセレクタ２６１を制御してマスタノードＡに接続された３系伝送路を選択する（選択した伝送路には< > を付す）とともにノードＢ内の中継手段１５としての多重部により１系〜３系伝送路に対して共通に、クロック中継段数を“１”だけインクリメントさせ且つ対向クロック優先度“２”からなるクロック情報「１−１−２」を送出する。これは、対向クロック優先度を除きノードＤについても同様にしてクロック情報「１−１−３」が送出される。
【００３９】
ノードＥにおいては、ノードＢからのクロック情報が「１−１−２」であり、ノードＤからのクロック情報が「１−１−３」であるため、クロック優先度ａとクロック中継段数ｂだけではいずれを選択すべきかを決めることができない。
そこで、上記の如く対向クロック優先度を加味することにより、ノードＢからの対向クロック優先度が“２”であり、ノードＤからのそれは“３”であるから、ノードＢからのクロックが優先的に適用され４系伝送路ではなく１系伝送路が選択される。
【００４０】
このような動作を各ノードに適用することにより、ノードＡのクロックが他の全てのノードＢ〜Ｉに対して図示の< > で示す選択伝送路のルートにより簾状に与えられることとなる。
【００４１】
伝送路に一重障害が発生した事例（図９）
この場合には、ノードＢは３系伝送路が障害（×印で示す）状態にあることを３系伝送路インタフェース部２３の同期検出部で検出するので、マスタノードＡのクロックを直接入力できない。これは、ノードＢからクロックを入力していたノードＥについても同じである。
【００４２】
したがって、まず、ノードＥはノードＢからではなく、今度はノードＤから４系伝送路によりクロックを入力することが最適となる。ノードＢは１系伝送路に接続されたノードＣからのクロックか、または２系伝送路に接続されたノードＥからのクロックのいずれかから選択することになる。
【００４３】
この場合には、ノードＥの方が明らかにノードＣの方よりマスタノードＡから遠いので、ノードクロック情報におけるクロック中継段数も少なくなり、結果として２系伝送路が選択される。
最終的に、この例の場合にはノードＥとＢとＦのみの伝送路クロックの選択が図８の例と異なる。
【００４４】
伝送路に二重障害が発生した事例（図１０）
この場合には、図９の障害に加えてノードＤとＧとの間も障害状態に陥っているが、図９の例から見ると、クロック選択に支障を来すノードはノードＤのみであることが分かる。しかも、ノードＧはノードＨからしかクロックを入力できないのであるから、図示の如くノードＨの側の２系伝送路が選択されることになる。
【００４５】
マスタノード障害が発生した事例（図１１）
この場合には、上記の各例におけるノードＡのクロックは使用できなくなるので、次にクロック優先度の設定値が最も小さい値を有するノードＢがフリーラン状態のマスタノードとなり、このマスタノードＢから上記と同様にして伝送路クロックが選択される。図８の例と比較すると、ノードＤが２系伝送路を選択してノードＥからのクロックを選択する点のみが異なっている。
【００４６】
マスタノードに供給される外部クロックに障害が発生した事例（図１２）
この場合には、ノードＡはクロック断検出回路２６４により外部クロック断状態を検出するのでマスタノードとして機能できない。そこで、外部クロックを正常に入力しているノードＩが今度はマスタノードとなり、図８と丁度逆の方向から簾状にクロックを供給することとなる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るクロック切替装置によれば、各ノードでは、伝送路から抽出したクロック及び自ノードで生成したクロックのうち、オーバヘッドに示されるクロック優先度が最も高いクロックを装置内クロック源として選択するとともに、マスタノードを起点として中継したノードの数を示すクロック中継段数情報及び好ましくは対向クロック優先度を該オーバヘッドに追加し、該クロック中継段数情報及び該対向クロック優先度をクロック優先度情報の下位の情報として位置付けてクロック選択を行うように構成したので、通信ノードに接続する伝送路の方路数に制限がなくなり、二重化リング網はもとより、メッシュ網にも適応可能となるため、産業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクロック切替装置の原理構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るクロック切替装置によるクロック切替調停原理図（１）である。
【図３】本発明に係るクロック切替装置によるクロック切替調停原理図（２）である。
【図４】本発明に係るクロック切替装置における各通信ノードのの実施例構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例におけるオーバヘッド領域の構成図である。
【図６】本発明の実施例におけるクロック切替状態遷移図である。
【図７】本発明の実施例におけるクロック切替調停実施例を示した図である。
【図８】全ての通信ノードが正常であるときのクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図９】伝送路に一重障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１０】伝送路に二重障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１１】マスタノードが障害により伝送路から離脱した場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１２】マスタノードに供給される外部クロックに障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１３】従来技術によるクロック切替装置の原理構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１，５ クロック優先度情報分離手段
２，６ クロック中継段数情報分離手段
３，７ 対向クロック優先度情報分離手段
４，８ クロック抽出手段
９ 外部クロック入力監視手段
１０ クロック優先度設定手段
１１ 調停手段
１２ クロック生成手段
１３ クロック選択手段
１４ 装置内クロック生成手段
１５ 中継手段
１６，１７ 多重手段
２１〜２４ 伝送路インタフェース部
２５ クロック調停部
２６ クロック生成部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明はクロック切替装置に関し、特に網同期方式に従属同期方式を採用したネットワークを構成する各通信ノードにおいて、装置内クロック源を決定する際のクロック切替装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
網同期方式に従属同期方式を採用したネットワークは、１台のマスタノードとその他の複数のスレーブノードで構成され、マスタノードは自ノードで生成したクロック、または外部から供給されるクロックを伝送路へ送出し、各スレーブノードは伝送路から抽出したクロックに従属同期することにより、網内もしくは外部網とのクロック同期を確立し、その上で、各通信ノードにて正常なデータの送受信を可能にしている。
【０００３】
図１３は従来技術によるクロック切替装置の原理構成を示した図である。図において、このクロック切替装置は、第１伝送路から受信したクロック優先度情報を分離する手段３１と、第１伝送路からクロックを抽出する手段３２と、第２伝送路から受信したクロック優先度情報を分離する手段３３と、第２伝送路からクロックを抽出する手段３４と、外部クロック入力を監視する手段３５と、マスタノードとなるための優先順位をクロック優先度として予め設定する手段３６とを備えている。
【０００４】
このクロック切替装置はさらに、手段３６によって与えられるクロック優先度設定値と外部クロック入力監視手段３５から出力された外部クロック入力監視信号と分離手段３１，３２からそれぞれ与えられる第１及び第２の受信クロック優先度情報をそれぞれ比較して調停を行う手段３７を備えている。
【０００５】
この調停手段３７は、［クロック優先度設定値＞第１及び第２の受信クロック優先度］の場合は、自ノード内クロック（あるいは外部クロックの入力があれば外部クロック）を装置内クロック源とするように調停し、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＞第２の受信クロック優先度］の場合は、第１の伝送路クロックを、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＜第２の受信クロック優先度］の場合は第２の伝送路クロックを、［クロック優先度設定値＜第１の受信クロック優先度＝第２の受信クロック優先度］の場合は、第１の伝送路クロックまたは第２の伝送路クロックを装置内クロック源とするように調停する手段と、
【０００６】
また、クロック切替装置はさらに、自ノード内クロックを生成する手段３８と、クロック抽出手段３２，３４でそれぞれ抽出された第１及び第２の伝送路クロック、外部クロック、及びクロック生成手段３８で生成された自ノード内クロックのうちのいずれかのクロックを上記の調整手段３７の調停結果に基づいて選択する手段３９と、手段３９で選択されたクロックを源に装置内クロックを生成する手段４０とを備えている。
【０００７】
さらにクロック切替装置はクロック優先度情報中継手段４１を備え、この中継手段４１は、設定手段３６によって設定されたクロック優先度設定値並びに分離手段３１，３３でそれぞれ分離された第１及び第２の受信クロック優先度情報のうち最も高い優先度の値に更新し、また、クロック優先度情報の有効性を示すシーケンス番号（クロック優先度設定値が最も高い場合のみ書き替え、低い場合はそのまま系毎に中継する）を付けて中継する。この場合の出力側伝送路に対しては同じクロック優先度が中継される。
【０００８】
中継手段４１は第１及び第２伝送路クロック優先度情報多重手段４２，４３に接続されており、多重手段４２では第１伝送路出力にクロック優先度情報を多重し、多重手段４３では第２伝送路出力にクロック優先度情報を多重する。この場合の多重動作は、装置内クロック生成手段４０からの装置内クロックに基づいて行われる。
【０００９】
このような構成により、各通信ノードに割り当てられたクロック優先度に従って、優先順位の最も高いノードがマスタノード、その他のノードがスレーブノードとして構成され、また、外部クロック供給断、マスタノードの離脱及び、伝送路断といった各種障害に対しても、マスタノードの自動切替え及び、スレーブノードでの従属系の自動切替えを行うことにより、常に、網同期を確立するようにしていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのようなクロック切替装置は、マスタノードの離脱を監視（シーケンス番号の監視）する手段及び、スレーブノードでの従属系の選択手段に関しては、ネットワーク形態を二重化リング（第１及び第２伝送路）に限定することで成立するものであり、各通信ノードに接続される伝送路が２方路以上の多ルートになり、しかも伝送路の入出力系が固定にならないようなメッシュ状に構成されたネットワーク形態には対応できなかった。
【００１１】
そこで本発明は、１台のマスタノードと複数台のスレーブノードをメッシュ状に配置し、各スレーブノードは伝送路を介して該マスタノードのクロックに順次同期する従属同期方式を採用するネットワークにおける各ノードに設けられたクロック切替装置において、二重化リング以外のネットワーク形態、特に、メッシュ網というより広範囲の網構築に適したネットワークにも対応できるように、すなわち、接続する伝送路が２方路以上存在する通信ノードにも適応できる装置内クロック源のクロック切替装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は上記の目的を達成するための本発明に係るクロック切替装置の構成を原理的に示したものであり、各伝送路から受信したクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を分離する手段として、第１伝送路入力から受信クロック優先度情報を分離する手段１と、第１伝送路入力から受信クロック中継段数情報を分離する手段２と、第ｎ伝送路入力から受信クロック優先度情報を分離する手段５と、第ｎ伝送路入力から受信クロック中継段数情報を分離する手段６と、を備えている。
【００１３】
なお、第１から第ｎまでは図を簡略化するために省略してあるが、上記と同様の分離手段を備えている。
また、各伝送路から受信したクロックを抽出する手段として、第１伝送路入力からクロックを抽出する手段４と、第ｎ伝送路入力からクロックを抽出する手段８と、を備えている。
【００１４】
さらに、外部クロック入力を監視する手段９と、マスタノードとなるための優先順位をクロック優先度として予め設定する手段１０と、クロック優先度設定値及び外部クロック入力監視信号並びに第１の受信クロック優先度情報、第１の受信クロック中継段数情報、第ｎの受信クロック優先度、及び第ｎの受信クロック中継段数情報のそれぞれの比較を行い、図２に示すような調停を行う手段１１と、自ノード内クロックを生成する手段１２と、調停手段１１の出力に基づき第１の伝送路クロック、第ｎの伝送路クロック、外部クロック、及び自ノード内クロックのうちのいずれかのクロックを選択する手段１３と、選択クロックを源に、装置内クロックを生成する手段１４と、を備えている。
【００１５】
さらに、このクロック切替装置は中継手段１５を備えており、この中継手段１５は、クロック優先度情報について、クロック優先度設定値と第１の受信クロック優先度情報と第ｎの受信クロック優先度情報のうち最も高い値に更新し、クロック中継段数情報について、クロック優先度設定値が最も高い場合はマスタノードとなる値に、低い場合は受信クロック中継段数情報を１だけインクリメントした値に更新して中継する。この中継手段１５は、第１伝送路出力にクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を多重する手段１６と、第ｎ伝送路出力にクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を多重する手段１７とに接続されており、これらの多重手段１６，１７は装置内クロックに基づいて多重動作を行うが、中継手段１５からは同じクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を別個に受ける。
【００１６】
すなわち本発明によれば、調停手段１１は、図２のクロック切替調停原理図（１）に示すように、自局のクロック優先度設定値が最も高く、且つ外部クロック入力が無い場合には自ノード内クロックが選択され（項２，４）、外部クロック入力がある場合には外部クロックが選択される（項１，３）。さらに外部クロック入力が無く自局のクロック優先度設定値が低いときには伝送路からのクロック優先度が考慮されて最も優先度が高い伝送路のクロックが選択される（項５，６）。
【００１７】
上記において、各伝送路からのクロック優先度が同じである場合にはクロックの選択ができない。そこで、このような場合には、さらにクロック中継段数の情報を用いることによりこのクロック中継段数が最も小さい伝送路クロックを選択する（項７，８）。
【００１８】
このようにして、中継段数に上限値を設けておけば、マスタノードの離脱に関する検出が可能となり、また、複数の方路にてクロック優先度情報が同値となった場合、分離手段２，６から得られたクロック中継段数情報を追加して考慮し、該クロック中継段数情報をもとに、マスタノードとスレーブノードとのそれぞれの区間で、中継ノード数が一番少ない方路を選択するように作用し、通信ノードを中継することにより発生するクロックジッタが、より少ない方路を選択することが可能となる。
【００１９】
また本発明においては、各伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段として、図１に示す如く第１伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段３と、第ｎ伝送路入力から受信対向クロック優先度情報を分離する手段７とを備えることができる。
【００２０】
そして、この場合、調停手段１１は、第１の対向クロック優先度情報と、第ｎの対向クロック優先度情報を追加して図３に示すような調停を行う。また、これに伴って、多重手段１６は、第１伝送路出力にクロック優先度設定値をそのまま送信対向優先度情報として多重出力し、多重手段１７は、第ｎ伝送路出力にクロック優先度設定値をそのまま送信対向優先度情報として多重出力する。
【００２１】
すなわち、図２の調停原理において、各伝送路からのクロック中継段数が同じになった場合（項９）には、図示の例では第１または第ｎ伝送路クロックが選択されるが、いずれかは決定できない。
【００２２】
そこで、スレーブノードでの従属系の選択において、複数の方路にてクロック優先度情報及びクロック中継段数情報がいずれも同値となった場合、図３のクロック切替調停原理（２）に示す如く、対向優先度情報を追加考慮することにより、隣接する通信ノードでのクロック優先度設定値が一番高い方路を選択するように作用し、網の再構築、メンテナンス、または、障害発生時において、よりクロック切替状態遷移の工程を少なくすることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係るクロック切替装置に適用される各通信ノードの実施例を示す。本実施例のネットワークは、この通信ノードを２〜４系統の伝送路でメッシュ状に複数台接続したものであり、通信ノード間のデータは図５に示すオーバヘッドを有するフレームで伝送するようになっている。
【００２４】
この通信ノードは、１系伝送路インタフェース部２１、２系伝送路インタフェース部２２、３系伝送路インタフェース部２３、４系伝送路インタフェース部２４、クロック生成部２５、及びクロック調停部２６で構成されている。
【００２５】
１系伝送路インタフェース部２１は、１系伝送路と通信ノードとを接続し、１系伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２６】
２系伝送路インタフェース部２２は、２系伝送路と通信ノードとを接続し、２系伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２７】
３系伝送路インタフェース部２３は、３系伝送路と通信ノードとを接続し、伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２８】
４系伝送路インタフェース部２４は、４系伝送路と通信ノードとを接続し、伝送路より入力した受信データフレームについて、フレーム同期検出及び伝送路クロック抽出を行い、また、送受信データフレームに対する（クロック中継段数情報及び対向クロック優先度情報を含む）オーバヘッドの多重・分離を行う。
【００２９】
なお、これらのインタフェース部２１〜２４は、図１に示した手段１〜８及び１６，１７に対応するものである。
【００３０】
クロック調停部２５は、図１に示した手段１０，１１，１５に対応したもので、レジスタ２５１にて通信ノードがマスタノードとなるための優先順位（クロック優先度）をクロック優先番号として保持し、調停回路２５２において、そのクロック優先番号を下位の値、外部クロック有効信号（断検出信号）を上位の値として構成する自ノード内クロック優先度情報と、各伝送路からの受信オーバヘッド情報及び同期検出信号を元にフリーラン（ＰＬＯ自走）クロック、外部クロック、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロックの内の何れか１つのクロックを装置内クロック源として選択するための調停を行い、また、調停結果に従ってオーバヘッド情報の中継を行う。
【００３１】
クロック生成部２６は、図１に示した手段９，１２〜１４に対応したもので、セレクタ（ＳＥＬ）２６１において、クロック調停部２５からの装置内クロック源切替信号を元に、外部クロック、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロックの内の何れか１つのクロックを選択し、分周回路２６２によりＰＬＯ基準周波数に変換後、ＰＬＯ２６３に入力する。ＰＬＯ２６３は基準クロックに従属するか、または、自走することにより装置内クロックの生成を行う。また、外部クロック断検出回路２６４により、クロックの有無を監視し、外部クロック有効信号の生成を行う。
【００３２】
図５は通信ノード間において伝送されるオーバヘッド領域を示す図であり、ａ〜ｃの３つの領域で構成され、領域ａはクロック優先度情報、領域ｂは、クロック中継段数情報、領域ｃは対向クロック優先度情報をそれぞれ示す。
領域ａのクロック優先度情報は、各伝送路から受信した当該情報と、自ノード内クロック優先度情報とを比較し、優先度が高い方の値を書き込んで中継されることになる。
【００３３】
領域ｂのクロック中継段数情報は、マスタノードを起点にスレーブノードを中継する毎に値をインクリメントする情報であり、その値には上限を設け、受信クロック優先度が上限値を超えている場合は、同時に受信したクロック優先度情報を無効と見なす。
領域ｃの対向クロック優先度情報は、自ノード内クロック優先度情報をそのまま書き込んで中継する。
なお、各情報を受信する際は、フレーム同期信号が正常の場合のみ有効と見なす。
【００３４】
このように、通信ノードの装置内クロック源選択肢は、図６に示すように、フリーランクロック（自ノード）、１系伝送路クロック、２系伝送路クロック、３系伝送路クロック、４系伝送路クロック、及び外部クロックの６つの状態遷移として表すことができる。
【００３５】
そして、図７の項目として以下に示すように、
●２系フレーム同期検出信号
●３系フレーム同期検出信号
●４系フレーム同期検出信号
の１８のパラメータを与えることで調停を行い、図６に示した６つの状態のうち、フリーランクロック及び外部クロックの状態は、その通信ノードがマスタノードとして動作し、１系伝送路クロック〜４系伝送路クロックの状態は、その通信ノードがスレーブノードとして動作することを示している。
【００３６】
このような実施例の動作を、９台の通信ノードＡ〜Ｉを接続した構成例において、クロック優先番号▲１▼〜▲９▼をノードＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉに順次割り当てた場合のクロック切替動作について、５つの事例を図８〜図１２により以下に説明する。
【００３７】
全ノードが正常である事例（図８）
この場合には、まず、ノードＡは１系と２系の２つの伝送路を有するが、外部クロックを入力していないので自ノードのレジスタ２５１に保持されている最高のクロック優先度▲１▼を有し、フリーランクロックのマスタノードとなる。また、クロック中継段数は“０”であるので、隣接ノードＢ，Ｄから見た対向クロック優先度“１”を付加したクロック情報「１−０−１」を１系及び２系伝送路インタフェース部２１，２２の多重部でオーバヘッドに乗せて隣のノードＢ，Ｄに送る。
【００３８】
ノードＢではクロック優先度が“１”であるので調停回路２５２がセレクタ２６１を制御してマスタノードＡに接続された３系伝送路を選択する（選択した伝送路には< > を付す）とともにノードＢ内の中継手段１５としての多重部により１系〜３系伝送路に対して共通に、クロック中継段数を“１”だけインクリメントさせ且つ対向クロック優先度“２”からなるクロック情報「１−１−２」を送出する。これは、対向クロック優先度を除きノードＤについても同様にしてクロック情報「１−１−３」が送出される。
【００３９】
ノードＥにおいては、ノードＢからのクロック情報が「１−１−２」であり、ノードＤからのクロック情報が「１−１−３」であるため、クロック優先度ａとクロック中継段数ｂだけではいずれを選択すべきかを決めることができない。
そこで、上記の如く対向クロック優先度を加味することにより、ノードＢからの対向クロック優先度が“２”であり、ノードＤからのそれは“３”であるから、ノードＢからのクロックが優先的に適用され４系伝送路ではなく１系伝送路が選択される。
【００４０】
このような動作を各ノードに適用することにより、ノードＡのクロックが他の全てのノードＢ〜Ｉに対して図示の< > で示す選択伝送路のルートにより簾状に与えられることとなる。
【００４１】
伝送路に一重障害が発生した事例（図９）
この場合には、ノードＢは３系伝送路が障害（×印で示す）状態にあることを３系伝送路インタフェース部２３の同期検出部で検出するので、マスタノードＡのクロックを直接入力できない。これは、ノードＢからクロックを入力していたノードＥについても同じである。
【００４２】
したがって、まず、ノードＥはノードＢからではなく、今度はノードＤから４系伝送路によりクロックを入力することが最適となる。ノードＢは１系伝送路に接続されたノードＣからのクロックか、または２系伝送路に接続されたノードＥからのクロックのいずれかから選択することになる。
【００４３】
この場合には、ノードＥの方が明らかにノードＣの方よりマスタノードＡから遠いので、ノードクロック情報におけるクロック中継段数も少なくなり、結果として２系伝送路が選択される。
最終的に、この例の場合にはノードＥとＢとＦのみの伝送路クロックの選択が図８の例と異なる。
【００４４】
伝送路に二重障害が発生した事例（図１０）
この場合には、図９の障害に加えてノードＤとＧとの間も障害状態に陥っているが、図９の例から見ると、クロック選択に支障を来すノードはノードＤのみであることが分かる。しかも、ノードＧはノードＨからしかクロックを入力できないのであるから、図示の如くノードＨの側の２系伝送路が選択されることになる。
【００４５】
マスタノード障害が発生した事例（図１１）
この場合には、上記の各例におけるノードＡのクロックは使用できなくなるので、次にクロック優先度の設定値が最も小さい値を有するノードＢがフリーラン状態のマスタノードとなり、このマスタノードＢから上記と同様にして伝送路クロックが選択される。図８の例と比較すると、ノードＤが２系伝送路を選択してノードＥからのクロックを選択する点のみが異なっている。
【００４６】
マスタノードに供給される外部クロックに障害が発生した事例（図１２）
この場合には、ノードＡはクロック断検出回路２６４により外部クロック断状態を検出するのでマスタノードとして機能できない。そこで、外部クロックを正常に入力しているノードＩが今度はマスタノードとなり、図８と丁度逆の方向から簾状にクロックを供給することとなる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るクロック切替装置によれば、各ノードでは、伝送路から抽出したクロック及び自ノードで生成したクロックのうち、オーバヘッドに示されるクロック優先度が最も高いクロックを装置内クロック源として選択するとともに、マスタノードを起点として中継したノードの数を示すクロック中継段数情報及び好ましくは対向クロック優先度を該オーバヘッドに追加し、該クロック中継段数情報及び該対向クロック優先度をクロック優先度情報の下位の情報として位置付けてクロック選択を行うように構成したので、通信ノードに接続する伝送路の方路数に制限がなくなり、二重化リング網はもとより、メッシュ網にも適応可能となるため、産業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクロック切替装置の原理構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るクロック切替装置によるクロック切替調停原理図（１）である。
【図３】本発明に係るクロック切替装置によるクロック切替調停原理図（２）である。
【図４】本発明に係るクロック切替装置における各通信ノードのの実施例構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例におけるオーバヘッド領域の構成図である。
【図６】本発明の実施例におけるクロック切替状態遷移図である。
【図７】本発明の実施例におけるクロック切替調停実施例を示した図である。
【図８】全ての通信ノードが正常であるときのクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図９】伝送路に一重障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１０】伝送路に二重障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１１】マスタノードが障害により伝送路から離脱した場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１２】マスタノードに供給される外部クロックに障害が生じた場合のクロック選択状態を示すネットワーク図である。
【図１３】従来技術によるクロック切替装置の原理構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１，５ クロック優先度情報分離手段
２，６ クロック中継段数情報分離手段
３，７ 対向クロック優先度情報分離手段
４，８ クロック抽出手段
９ 外部クロック入力監視手段
１０ クロック優先度設定手段
１１ 調停手段
１２ クロック生成手段
１３ クロック選択手段
１４ 装置内クロック生成手段
１５ 中継手段
１６，１７ 多重手段
２１〜２４ 伝送路インタフェース部
２５ クロック調停部
２６ クロック生成部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- １台のマスタノードと複数台のスレーブノードをメッシュ状に配置し、各スレーブノードは伝送路を介して該マスタノードのクロックに順次同期する従属同期方式を採用するネットワークにおける各ノードに設けられたクロック切替装置において、
各伝送路から受信したクロック優先度情報及びクロック中継段数情報を分離する手段と、
各伝送路から受信したクロックを抽出する手段と、
外部クロック入力を監視する手段と、
マスタノードとなるための優先順位をクロック優先度として予め設定する手段と、
該クロック優先度設定値及び外部クロック入力監視信号を元に、該受信した各クロック優先度情報同士及び各クロック中継段数情報同士をそれぞれ比較して調停を行う手段と、
自ノード内クロックを生成する手段と、
該調停手段の出力に従って、該受信したクロック、該外部クロック、及び該自ノード内クロックのいずれかを選択する手段と、
該選択したクロックにより装置内クロックを生成する手段と、
該調停手段の出力に従って、該クロック優先度情報を、該受信した各クロック優先度情報及び該クロック優先度設定値の内の最も優先度が高い値に更新し、該クロック中継段数情報を、該クロック優先度設定値が最も優先度の高い値である場合は該マスタノードとなる値に更新し、該最も優先度の高い値でない場合は該受信したクロック中継段数情報を１だけインクリメントした値に更新して各伝送路へ中継する手段と、
該装置内クロックを元に、各伝送路への通信フレームに該クロック優先度情報及び該クロック中継段数情報を多重する手段と、
を備えたことを特徴とするクロック切替装置。 - 請求項１において、
さらに、各伝送路から受信した対向クロック優先度情報を分離する手段を備え、該調停手段が、該受信した各対向クロック優先度情報同士を調停要素に追加して該クロック選択手段及び該中継手段を調停し、該多重手段が、各伝送路の通信フレームにクロック優先度設定値をそのまま送信対向優先度情報として多重することを特徴としたクロック切替装置。
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