JP3938731B2 - クロック同期システム、クロック同期方法及びクロック抽出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークを介して接続される主装置と遠隔装置からなる通信システムにおいて、遠隔装置間のクロック同期を同期パケットのユニキャストにより行うクロック同期システム及びクロック同期方法に関し、特に、VoIP(Voice over Internet Protocol)を用いた装置に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、VoIPにおけるクロック同期を、同期パケットを用いて行う場合、マルチキャストのUDPパケットにて行われていた。また、マルチキャストを行うために、IGMP( Internet Group Management Protocol)というプロトコルが用いられていた。このプロトコルは、IPマルチキャストを実現するためのプロトコルで、RFC1112に規定されている。IPマルチキャストを行うには、LAN上にあるIPマルチキャストグループのメンバーとなるホストと、IPマルチキャストに対応したルータが互いに、メンバーシップに関するステータス情報を交換する。個々のホストからは、自分がマルチキャスト可能なホストである旨の通知が発せられ、これに対してIPマルチキャスト対応ルータが定期的にポーリングを行うことで、どのホストがどのマルチキャストグループに属しているかを把握する。
【0003】
図5は、マルチキャスト通信システムの一例で、クロック源110とこのクロック源110をもとに、クロック同期パケットを送出する、クロック同期パケット送出部111を有する主装置100、マルチキャスト対応スイッチまたはルータであるLANSW200、およびLANSW200からマルチキャストされたクロック同期パケットを受信するIP端末400〜40nから構成される。
【0004】
IGMPの動作概要を、図5を用いて説明すると、まず、IGMPマスタにマルチキャストグループを登録する。図5では、LANSW200がマスタとなり、IP端末400〜40nがスレーブとなる。
【0005】
マスター・スレーブ間の通信では、スレーブ(IP端末)は、自分がそのマルチキャストグループであるか否かをマスタ(LANSW200)に登録する。
【0006】
マスタ(LANSW200)からマルチキャストパケット受信したスレーブ(IP端末)は、受信したマルチキャストパケットが、自分が登録しているマルチキャストグループ宛か否かを判断し、自分がが登録しているマルチキャストグループ宛の場合は受信する。
【0007】
このように、IGMPを用いることにより、マルチキャストグループに参加しているホストの存在をルーターが把握でき,ネットワークに不必要なマルチキャストパケットを送信することを防ぐことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチキャストパケットでクロック同期する場合、以下のような問題があった。
【0009】
すなわち、マルチキャストを行うために、IGMPというプロトコルが必要なため、これを備えたルータやSWを用意する必要がある。
【0010】
また、マルチキャストパケットを受ける装置側もIGMPを実装しなければならない。
【0011】
さらに、100BASE−T等のスター型LANの場合、マルチキャストパケットの送出元ではマルチキャストパケットをコピーする必要があるが、この場合コピー時間が必要となるため各装置間でゆらぎが発生する。
【0012】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易かつ信頼度の高いクロック同期システム及びクロック同期方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明は、ネットワークを介して通信される主装置と遠隔装置間のクロック同期の手段として同期パケットを使用するクロック同期システムにおいて遠隔装置に設けられるクロック同期装置であって、自装置がマスタとなった場合に同期パケットによりクロックを抽出するクロック抽出手段と、自装置がスレーブとなった場合に他のクロック同期装置からクロックを入力するクロック入力手段と、クロック抽出手段により抽出されたクロック及びクロック入力手段により入力されたクロックを切替出力する切替手段と、主装置から受信したマスタ/スレーブ設定情報及び又はクロック入力手段からのクロックの有効/無効情報から切替手段を制御する切替制御手段と、切替出力されたクロックを遠隔装置内及び又は他のクロック同期装置に出力するクロック出力手段と、他のクロック同期装置からクロック入力手段を介して入力されたクロックの断又は復旧を検出する検出手段とを有し、切替制御手段は、検出手段からのクロック断又は復旧の情報に従って前記切替手段を制御するようにした。
【0014】
ネットワークを介して通信される主装置と遠隔装置間のクロック同期の手段として同期パケットを使用するクロック同期方法において、複数の遠隔装置の内の少なくとも1つの遠隔装置は、主装置からの制御データパケットによりマスタに設定され、有線クロック有効スイッチをOFFにすると共に、パケット処理部からのマスタ/スレーブ選択信号によりマスタを選択し、マスタ設定により、1対1で対応する主装置の同期パケット送出部より送出されるユニキャスト同期パケットから抽出されるクロックで同期して動作し、マスタ設定された遠隔装置以外の遠隔装置は、主装置からの制御データパケットによりスレーブに設定し、有線クロック有効スイッチをONにすると共に、パケット処理部からのマスタ/スレーブ選択信号によりスレーブを選択し、マスタ設定された遠隔装置又は前記スレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックに同期して動作し、クロック断/復旧検出回路でクロック断を検出した場合、前記パケット処理部で前記スレーブ設定された遠隔装置をマスタに設定し、スレーブ状態として前記マスタ設定された遠隔装置又は前記スレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックを出力していたセレクタを同期パケットより抽出したクロックを出力するよう制御し、クロック復旧が検出された場合、パケット処理部で、マスタ設定された遠隔装置をスレーブに設定し、マスタ設定された遠隔装置又はスレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックを出力していたセレクタを、同期パケットより抽出したクロックを出力するよう制御するようにした。
【0016】
【発明の実施の形態】
(1)実施形態
以下、本発明による実施形態を図面を参照しながら詳述する。
【0017】
(1−1)実施形態のクロック同期システムの構成
図1は、この発明のクロック同期システムの基本構成を示している。
【0018】
クロック同期システム10は、クロック同期パケット送出部30〜3nおよびクロック源40を有する主装置20、LANSW50、IP端末60〜6nおよび有線クロック接続70〜7nにより構成される。
【0019】
主装置20は、例えば、IP−PBXが想定される。
【0020】
クロック同期パケット送出部30〜3nは、IP端末60〜6nに対応して設けられる。各パケット送出部はLANインタフェースを有し、LANネットワークに接続される。LANSW50としては、例えば、ルータ等が想定される。このクロック同期パケット送出部30〜3nは、それぞれクロック源40から直接入力されたクロックで同期パケットを生成する。したがって、クロック同期パケット送出部30〜3nから送出される同期パケットはすべて同期している。また、クロック同期パケット送出部30〜3nから送出されるパケットは、すべて特定の相手と1対1通信を行うユニキャストパケットであり、対応するIP端末60〜6nをアドレス指定して送出される。
【0021】
クロック源40は、例えば、水晶発振子等から構成される基準クロック生成手段である。
【0022】
IP端末60〜6nは、同期パケットを受取りその受信タイミングからクロック抽出する。実施形態では、IP端末60〜6nは、抽出したクロックを出力する有線クロック出力インタフェースと、有線クロック接続する場合に、IP端末60〜6n間でカスケード接続するための有線クロック入力インタフェースを有する。
【0023】
図2にIP端末60〜6nのクロック抽出回路のブロック図を示す。
【0024】
従来の同期パケット処理部は、例えば、LANインタフェース303、パケット処理部304、クロック源305およびPLL回路306からなる。LANインタフェース303を介して同期パケットを受信したパケット処理部304は、同期パケットタイミング信号を生成する。PLL回路306は、同期パケットタイミング信号およびクロック源305からの基準クロックからクロックを抽出する。
【0025】
有線インタフェース信号変換部307および310は、例えば、EIA(米国電子工業会)が規定する、RS−232C上位互換の高速シリアルインタフェースであるRS−422やRS−422の改良型であるRS−485で規定されるドライバー/レシーバで構成される。
【0026】
クロック断/復旧検出部308は、例えば、単安定マルチバイブレータで構成され、クロック信号が入力された場合、ある一定時間HIGH状態になる以外は、LOW状態であることを監視することで、クロック断/復旧を検出する。
【0027】
有線クロック有効スイッチ301は、有線クロック接続でIP端末60〜6nが動作する場合はONとし、同期パケット送出部30〜3nからの同期パケットのみでIP端末60〜6nが動作する場合はOFFとする。
【0028】
AND回路302は、有線クロック有効スイッチ301からの出力と、有線クロック断/復旧検出部308およびパケット処理部304からのマスタ/スレーブ選択信号によりクロック選択信号を生成する。
【0029】
セレクタ309は、クロック選択信号により、同期パケットから抽出したクロック又は他のIP端末より入力した(カスケードした)有線クロックの何れを有線クロック出力インタフェースおよびIP端末内部へ出力するかを選択する。
【0030】
(1−2)実施形態の動作
実施形態の動作を説明する。
【0031】
以下、クロック同期パケット送出部30〜3nからの同期パケットでIP端末60〜6nが同期する場合、IP端末60〜6nがカスケード接続された上位側からの有線クロックに同期する場合、および同期が外れた場合と復旧した場合の動作について各々説明する。
【0032】
クロック同期パケット送出部30〜3nからの同期パケットでIP端末60〜6nが同期する場合は、まず、IP端末60〜6nをすべてマスタ設定とする。マスタ設定の方法としては、IP端末60〜6nの起動時に主装置20から図3示すIP端末制御データパケットを受信することにより設定する。この場合、データとしては制御の確実性を考慮してTCPデータを使用する。具体的には、図3に示すように、TCPデータは、識別ヘッダおよび同期クロック設定要求オーダを有する。識別ヘッダは、各1バイトのSIZE、TYPE、RESERVEの情報から構成される。この情報の内、TYPE=3に設定されている場合、IP端末制御オーダとなる。
【0033】
一方、同期クロック設定要求オーダは、1バイトのSIZE、1バイトのCODE、1ビットのクロックマスタ情報、1ビットのパケット種別および1ビットのクロック送出種別の各情報から構成される。各情報は、SIZE=4、CODE=07、マスタクロック情報はマスタを示す1に、パケット種別はユニキャストを示す0に、クロック送出種別はパケット同期を示す0にそれぞれ設定する。
【0034】
次に、有線クロック有効スイッチをOFFにすると共に、パケット処理部304からのマスタ/スレーブ選択信号によりマスタを選択し、同期パケットから抽出したクロックをIP端末60〜6n内へ送出するようセレクタ309を制御する。
【0035】
次に、IP端末60〜6nは、上述のマスタ設定により、1対1で対応する主装置20の同期パケット送出部30〜3nより送出されるユニキャスト同期パケットから抽出されるクロックで同期して動作する。具体的には、まず主装置20内のクロック同期パケット送出部30〜3nにて、クロック源40をもとに同期パケットを生成する。同期パケットは、図4に示す通り、UDPデータ内に構成され、UDPデータは、識別ヘッダおよび同期パケット制御オーダからなる。識別ヘッダは、各1バイトのSIZE、TYPEおよびRESERVEにより構成される。ここで、TYPE=1に設定することにより、クロック同期パケット送出部30〜3nから送出されるパケットは同期パケットととなる。上述の通り、IP端末60〜6nは、マスタ設定となっていることから、クロック同期パケット送出部30〜3nから送出される同期パケットは、ユニキャストによりLANSW50を介してIP端末60〜6nで受信される。
【0036】
IP端末60〜6nで受信された同期パケットは、IP端末60〜6n内のIP端末同期クロック部のLANインタフェース303を介してパケット処理部304に入力され、同期パケットタイミング信号が生成される。この同期パケットタイミング信号およびクロック源305より供給される基準クロックよりPLL回路306にて自IP端末を動作させる同期クロックを抽出する。
【0037】
そして、このPLL回路306より供給される同期クロックによりIP端末60〜6nは動作する。
【0038】
次に、IP端末60〜6nが有線クロック接続70〜7nにより供給される有線接続クロックにより動作する場合を説明する。
【0039】
この場合、有線接続されたIP端末60〜6nの内、最低1つがマスタとなる。本実施形態では、IP端末60がマスタとなり、他のIP端末がスレーブとなる場合について説明する。
【0040】
まず、IP端末60〜6nのマスタ/スレーブを設定する。マスタ/スレーブ設定は、主装置20の設定データ(局データ)によりクロック同期パケット送出部30〜3nからのIP端末制御データパケットでIP端末60〜6nに通知することで行われる。IP端末60のマスタ設定は、IP端末起動時に主装置20からTCPを使用したIP端末制御データパケットをIP端末60〜6nで受信してマスタに設定する。図3に示すように、識別ヘッダの情報の内、TYPE=3とし、IP端末制御オーダを設定する。同期クロック設定要求オーダの情報は、SIZE=4、CODE=07、マスタクロック情報はマスタを示す1に、パケット種別はユニキャストを示す0に、クロック送出種別はパケット同期を示す0にそれぞれ設定する。
【0041】
一方、IP端末60以外のIP端末のスレーブ設定は、マスタ設定同様、IP端末起動時に主装置20からTCPを使用したIP端末制御データパケットをIP端末60〜6nで受信してスレーブに設定する。スレーブ設定の場合は、図3に示すように、識別ヘッダの情報の内、TYPE=3とし、IP端末制御オーダを設定する。同期クロック設定要求オーダの情報は、SIZE=4、CODE=07、マスタクロック情報はスレーブを示す0に、パケット種別はユニキャストを示す0に、クロック送出種別はパケット同期を示す0にそれぞれ設定する。
【0042】
次に、IP端末60については、有線クロック有効スイッチをOFFにすると共に、パケット処理部304からのマスタ/スレーブ選択信号によりマスタを選択し、同期パケットから抽出したクロックをIP端末60〜6n内へ送出するようセレクタ309を制御する。IP端末60以外のIP端末については、有線クロック有効スイッチをONにすると共に、パケット処理部304からのマスタ/スレーブ選択信号によりスレーブを選択し、有線クロック入力インタフェースより入力したクロックをIP端末60〜6n内および有線クロック出力インタフェースに送出するようにセレクタ309を制御する。
【0043】
次に、IP端末60は、上述のマスタ設定により、1対1で対応する主装置20の同期パケット送出部30より送出されるユニキャスト同期パケットから抽出されるクロックで同期して動作する。具体的には、まず主装置20内のクロック同期パケット送出部30にて、クロック源40をもとに同期パケットを生成する。同期パケットは、図4に示す通りUDPデータ内に構成され、UDPデータは、識別ヘッダおよび同期パケット制御オーダからなる。識別ヘッダは、各1バイトのSIZE、TYPEおよびRESERVEにより構成される。ここで、TYPE=1に設定することにより、クロック同期パケット送出部30から送出されるパケットは同期パケットととなる。上述の通り、IP端末60は、マスタ設定となっていることから、クロック同期パケット送出部30から送出される同期パケットは、ユニキャストによりLANSW50を介してIP端末60で受信される。
【0044】
IP端末60で受信された同期パケットは、IP端末60内のIP端末同期クロック部のLANインタフェース303を介してパケット処理部304に入力され、同期パケットタイミング信号が生成される。この同期パケットタイミング信号およびクロック源305より供給される基準クロックよりPLL回路306にて自IP端末を動作させる同期クロックを抽出する。
【0045】
そして、このPLL回路306より供給される同期クロックによりIP端末60〜6nは動作する。
【0046】
一方、IP端末60以外のIP端末については、有線クロック接続されたマスタ設定の他のIP端末より入力されたクロックにより動作する。なお、スレーブ設定のIP端末に対しては主装置20のクロック同期パケット送出部より同期パケットは送出されない。
【0047】
最後に、スレーブのIP端末においてカスケード接続された上位のIP端末から有線クロックが断した場合の動作についてついて説明する。上位のIP端末から有線クロックが断した場合、図1に示すクロック断/復旧検出回路308でクロック断が検出され、IP端末内のパケット処理部304でIP端末をマスタに設定する。
【0048】
具体的には、例えば、クロック断/復旧検出部308内の単安定マルチバイブレータにより、入力されていたクロック信号が、ある一定時間LOW状態であることを監視することで、クロック断を検出する。クロック断が検出された場合、クロック断/復旧検出部308よりクロック断検出信号をパケット処理部に送出する。クロック断検出信号を受信したパケット処理部304は、スレーブ状態として有線クロック入力インタフェースより入力されたクロックを出力していたセレクタ309を同期パケットより抽出したクロックを出力するように制御する。この場合、マスタへの設定変更は、クロック断があった場合、基本的に無条件に行われるものとするが、切替条件を設定することにより切替の有無を判断することも可能である。
【0049】
クロックが復旧した場合も、例えば、クロック断/復旧検出部308内の単安定マルチバイブレータにより、入力されていたクロック信号が、ある一定時間HIGH状態となったことを監視することで、クロック復旧を検出する。クロック復旧が検出された場合、クロック断/復旧検出部308よりクロック復旧検出信号をパケット処理部に送出する。クロック復旧検出信号を受信したパケット処理部304は、マスタ状態として、同期パケットより抽出したクロックを出力していたセレクタ309を有線クロック入力インタフェースより入力されたクロックを出力するように制御する。この場合、スレーブへの設定変更は、クロック復旧があった場合、基本的に無条件に行われるものとするが、切替条件を設定することにより切替の有無を判断することも可能である。
【0050】
(1−3)実施形態の効果
以上説明した実施形態によれば、マルチキャストではなくユニキャストにてクロック同期パケットを送出するため、IGMPのような特殊なプロトコルをネットワークで用意する必要がなく、VoIPを行ううえでの必要最低限のLAN環境でクロック同期が可能である。
【0051】
また、クロック同期パケット送出部とIP端末とが1対1に対応しているため、パケット送出部でのコピーが発生せず、ゆらぎを抑えられる。
【0052】
また、有線インタフェースのカスケード接続により、IP端末間のクロック同期の精度を上げることができる。
【0053】
また、有線インタフェースのカスケード接続により、LANネットワーク障害が発生してもマスタPLLの自走によりカスケードされているIP端末間でのクロック同期が保証される。
【0054】
そして、有線クロック同期時にスレーブのIP端末側でクロック断検出することでマスタに遷移することにより、有線の障害時もIP端末内部はクロック復旧できる。
【0055】
(2)他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々の変形実施形態について言及したが、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【0056】
上記実施形態において、マスタ/スレーブの設定は、主装置20内のクロック同期パケット送出部30〜3nからの制御パケットにより行われたが、ネットワーク上の図示しない管理装置等からの指示によるものでも良い。
【0057】
また、有線クロック接続を用いる場合、マスタ設定されたIP端末よりカスケード接続によりスレーブ設定されたIP端末にクロックが供給されたが、マスタ設定IP端末より直接スレーブ設定された各IP端末にクロックを供給しても良い。
【0058】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ネットワークを介して通信される主装置と遠隔装置間のクロック同期の手段として同期パケットを使用するクロック同期システムにおいて、主装置は、同一クロック源をもとにクロック同期パケットを生成するパケット送出部とネットワークとのインタフェースを有し、遠隔装置は、パケット送出部と1対1に対応して設けられ、他の遠隔装置とクロックを送信又は受信するためのインタフェースとネットワークとのインタフェースを有するようにしたので、マルチキャストのためのプロトコルを必要としない簡易かつ信頼度の高いクロック同期システム及びクロック同期方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のクロック同期システムを示すブロック図である。
【図2】実施形態のクロック抽出回路の構成を示す図である。
【図3】実施形態の同期パケットの構成を示す図である。
【図4】実施形態のIP端末制御データパケットの構成を示す図である。
【図5】従来のクロック同期システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10…クロック同期システム、20…主装置、30〜3n…クロック同期パケット送出部、40…クロック源、50…LANSW、60〜6n…IP端末装置、70〜7n…有線クロック接続、301…有線クロック有効スイッチ、302…AND回路、303…LANインタフェース、304…パケット処理部、305…クロック源、306…PLL回路、307、310…有線インタフェース信号変換部、308…クロック断/復旧検出部、309…セレクタ。
Claims (2)
- ネットワークを介して通信される主装置と遠隔装置間のクロック同期の手段として同期パケットを使用するクロック同期システムにおいて前記遠隔装置に設けられるクロック同期装置であって、
自装置がマスタとなった場合に前記同期パケットによりクロックを抽出するクロック抽出手段と、
自装置がスレーブとなった場合に他のクロック同期装置からクロックを入力するクロック入力手段と、
前記クロック抽出手段により抽出されたクロック及び前記クロック入力手段により入力されたクロックを切替出力する切替手段と、
前記主装置から受信したマスタ/スレーブ設定情報及び又は前記クロック入力手段からのクロックの有効/無効情報から前記切替手段を制御する切替制御手段と、
前記切替出力されたクロックを前記遠隔装置内及び又は他のクロック同期装置に出力するクロック出力手段と、
他のクロック同期装置から前記クロック入力手段を介して入力されたクロックの断又は復旧を検出する検出手段とを有し、
前記切替制御手段は、前記検出手段からのクロック断又は復旧の情報に従って前記切替手段を制御することを特徴とするクロック抽出装置。 - ネットワークを介して通信される主装置と遠隔装置間のクロック同期の手段として同期パケットを使用するクロック同期方法において、
複数の前記遠隔装置の内の少なくとも1つの遠隔装置は、主装置からの制御データパケットによりマスタに設定され、有線クロック有効スイッチをOFFにすると共に、パケット処理部からのマスタ/スレーブ選択信号によりマスタを選択し、前記マスタ設定により、1対1で対応する前記主装置の同期パケット送出部より送出されるユニキャスト同期パケットから抽出されるクロックで同期して動作し、
前記マスタ設定された遠隔装置以外の遠隔装置は、前記主装置からの制御データパケットによりスレーブに設定し、有線クロック有効スイッチをONにすると共に、パケット処理部からのマスタ/スレーブ選択信号によりスレーブを選択し、前記マスタ設定された遠隔装置又は前記スレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックに同期して動作し、
クロック断/復旧検出回路でクロック断を検出した場合、前記パケット処理部で前記スレーブ設定された遠隔装置をマスタに設定し、スレーブ状態として前記マスタ設定された遠隔装置又は前記スレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックを出力していたセレクタを同期パケットより抽出したクロックを出力するよう制御し、
クロック復旧が検出された場合、前記パケット処理部で、前記マスタ設定された遠隔装置をスレーブに設定し、前記マスタ設定された遠隔装置又は前記スレーブ設定された遠隔装置より入力されたクロックを出力していたセレクタを、前記同期パケットより抽出したクロックを出力するよう制御することを特徴とするクロック同期方法。
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