JP4068076B2 - 通信装置および通信システム - Google Patents

Description

この発明は、ネットワーク上で接続される複数の制御装置間における時刻同期を実現する通信装置に関し、さらに詳しくは、ＧＰＳ（Grobal Positioning System）または時刻同期情報システム（電波時計等）などのシステムを利用することなく、高精度に時刻整合を実施できる通信装置および通信システムに関するものである。

従来の時刻同期方法は、ＧＰＳあるいは時刻同期情報システムを利用し、それらの専用の受信機から時刻情報等を抽出して、システムとして時刻同期を取るのが一般的であった。しかしながら、ＧＰＳあるいは時刻同期情報システムの電波が受信不可である場合や、システムが不可動となった場合は、それを利用している時刻同期システム全体が成立しない場合がある。

そこで、ＧＰＳあるいは時刻同期情報システムを利用しない時刻同期方式が開発された。例えば、特許文献１には、ネットワーク上でそれぞれ通信装置を介して接続される複数の端末装置から時刻整合メッセージを送信する際に、通信装置間の通信路の構成によってシステムの遅延量を計算し、時刻補正を行う方式が開示されている。

また、特許文献２には、基準時刻となる精度を有するサーバが、通信トラフィックをモニタして最適なタイミングで時刻整合メッセージを送出する方式が開示されている。

特開２００３−２９８６３０号公報 特開平０６−２８２５０４号公報

従来の通信装置による時刻同期は上記のように実現されており、特許文献１に記載の発明では、遅延量の計算には固定値を使用していたため、通信路のトラフィックにより通信装置内にメッセージが滞留した場合や通信路においてメッセージの順序が入れ替わってしまった場合等に、その状態を遅延量に反映できない。したがって、補正値と実際の遅延時間の差が大きくなり、時刻同期の精度が悪くなるという課題があった。

また、特許文献２に記載の発明では、上位装置間に通信装置を配置する構成にした場合は、時刻整合メッセージを送信する上位装置が通信路のトラフィック状態をモニタしていないため、任意のタイミングで送出されるので、誤差が大きくなると言う問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、上位装置から通信路のトラフィックに関係なく時刻整合メッセージが送信される通信システムにおいて、時刻同期が必要な制御装置間のメッセージが保持する時刻に補正を行うことによって高精度な時刻同期を行う通信装置および通信システムを得ることを目的とする。

この発明に係る通信装置は、複数の端末装置のうちの１つにより管理される時刻に関する時刻整合メッセージを受信して蓄積すると同時に時間のカウントを開始させる指示を出すデータ蓄積手段と、タイムアウト設定値を保持し、前記データ蓄積手段からの指示に応じて内蔵するタイマに時間のカウントを開始させ、前記タイマが示す時間と前記タイムアウト設定値とを監視し、前記タイマが示す時間がタイムアウト設定値を超えても次の時刻整合メッセージを前記データ蓄積手段が受信しない場合はタイムアウトと判断し、前記タイマが示す時間を取得して出力するタイマ制御手段と、前記タイマ制御手段から出力されたタイマの時間を用いて、前記データ蓄積手段に蓄積された時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側の端末装置に送信する時刻補正手段とを備えたものである。

この発明に係る通信装置は、送信側通信装置が、前記複数の端末装置のうちの１つにより管理される時刻に関する時刻整合メッセージを受信して蓄積する送信側データ蓄積手段と、前記時刻整合メッセージの受信に応じて内蔵するタイマに時間をカウントさせる送信側タイマ制御手段と、前記通信路の使用状況を監視してデータ伝送可能かどうかを判定し、伝送可能となったときに前記送信側タイマ制御手段に前記タイマが示す時間を取得させる通信路監視手段と、前記送信側タイマ制御手段が取得したタイマの時間を用いて、前記送信側データ蓄積手段からの時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側通信装置に送信する送信側時刻補正手段とを備え、受信側通信装置が、 前記送信側通信装置から時刻整合メッセージを受信して蓄積すると同時に時間のカウントを開始させる指示を出す受信側データ蓄積手段と、タイムアウト設定値を保持し、前記受信側データ蓄積手段からの指示に応じて内蔵するタイマに時間のカウントを開始させ、前記タイマが示す時間と前記タイムアウト設定値とを監視し、前記タイマが示す時間がタイムアウト設定値を超えても次の時刻整合メッセージを前記受信側データ蓄積手段が受信しない場合はタイムアウトと判断し、前記タイマが示す時間を取得して出力する受信側タイマ制御手段と、前記受信側タイマ制御手段から出力されたタイマの時間を用いて、前記受信側データ蓄積手段に保持された時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側の端末装置に送信する受信側時刻補正手段とを備えたものである。

この発明により、通信装置は、複数の端末装置のうちの１つにより管理される時刻に関する時刻整合メッセージを受信して蓄積するデータ蓄積手段と、時刻整合メッセージの受信に応じて内蔵するタイマに時間をカウントさせるタイマ制御手段と、通信路の使用状況を監視してデータ伝送可能かどうかを判定し、伝送可能となったときにタイマ制御手段にタイマが示す時間を取得させる通信路監視手段と、タイマ制御手段が取得したタイマの時間を用いて、データ蓄積手段からの時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを各端末装置に送信する時刻補正手段とを備えるように構成したので、ＧＰＳまたは時刻同期情報システムを使用することなく、時刻同期が必要な装置間（制御装置間）における時刻同期精度を向上できる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による通信システムの構成を示すブロック図である。図に示すように、通信システムは、制御装置１ａ，１ｂ、通信装置２ａ，２ｂを備え、通信装置２ａと２ｂとは通信路１１によって接続される。制御装置１ａと制御装置１ｂは通信装置２ａ，２ｂを介して通信可能であり、時刻同期が必要なデータをやり取りする。通信装置２ａ，２ｂは、制御装置１ａと制御装置１ｂとの間の時刻同期を実現し、それぞれデータ送信部３ａ，３ｂ、データ受信部４ａ，４ｂを備える。通信装置２ａのデータ送信部３ａは、データ蓄積バッファ５、時刻補正回路６、モニタ回路７を備える。

制御装置１ａは、制御装置１ｂに対して具体的なデータを送信すると共に、時刻整合メッセージを送信する。時刻整合メッセージとは、制御装置１ａと制御装置１ｂとの間の通信において時刻を同期させて通信させるためのメッセージであり、通し番号、送信元アドレス、送信先アドレス、時刻整合メッセージである旨を示すメッセージ番号、パケット長、設定したい時刻を保持する。制御装置１ａは、通信路１１のトラフィックに関係なく時刻整合メッセージを送信する。この実施の形態１による通信システムでは、時刻整合の精度を向上させるために、通信装置２ａが上位の制御装置１ａから受信したメッセージを通信路１１に送出するまでの時間を補正する。

図２は図１のモニタ回路７の構成を示すブロック図である。図に示すように、モニタ回路７は、補正タイマ制御回路８、補正タイマ９、通信路監視回路１０を備える。補正タイマ制御回路８は、通信装置２ａが通信装置２ｂに対して時刻整合メッセージを送信する際に時刻整合をとるための時間を補正タイマ９により測定する。通信路監視回路１０は、通信路状態モニタ信号ｃにより常時通信路１１の使用可能帯域状態、すなわちトラフィックを監視し、通信路１１へのデータの送出が可能か否かを判定して、結果を制御信号ｆにより補正タイマ制御回路８に通知する。

次に動作について説明する。
制御装置１ａが時刻整合メッセージ１２ａを送信したとする。通信装置２ａは時刻整合メッセージ１２ａを受信し、データ送信部３ａ内のデータ蓄積バッファ５に蓄積する。データ蓄積バッファ５は時刻整合メッセージ１２ａを蓄積すると共に、データ送信部内データ状態モニタ信号ａによってモニタ回路７内の補正タイマ制御回路８に時刻カウントを開始させるよう指示を出す。

補正タイマ制御回路８は指示に応じて、補正タイマ９に時刻カウントを開始させる。ここで、通信路監視回路１０は通信路１１の使用可能帯域状態を監視し、送信可能か否かを示す制御信号ｆを補正タイマ制御回路８に常時通知している。補正タイマ制御回路８は、送信可能を示す制御信号ｆを受け取ると、このときの補正タイマ９が示す時間を取得し、補正値ｂとして時刻補正回路６に供給すると共に、補正タイマ８の値をリセットする。時刻補正回路６は補正値ｂを取得すると、データ蓄積バッファ５に蓄積されていた時刻整合メッセージ１２ａを読み出し、これが保持する時刻を補正、すなわち補正値ｂ分だけ進めて、時刻整合メッセージ１２ｂとして通信路１１に送出する。

補正された時刻整合メッセージ１２ｂは通信装置２ｂに到達する。通信装置２ｂは時刻整合メッセージ１２ｂを受信すると、そのまま制御装置１ｂに送信する。制御装置１ｂは、取得した時刻に基づいて時刻管理を行う。

以上のように、この実施の形態１によれば、通信装置２ａが制御装置１ａから時刻整合メッセージ１２ａを受信すると、補正タイマ８に時刻カウントを開始させ、通信路１１が送信可能となったときに補正タイマ８が示す時間を補正値ｂとして時刻整合メッセージ１２ａに反映させて通信路１１に送出するようにしたので、通信装置２ａ内における内部遅延量を固定的ではなく、動的な値で時刻整合メッセージ１２ａを補正でき、ＧＰＳまたは時刻同期情報システムの利用不可時でも、時刻同期が必要な装置間（制御装置間）において時刻同期の精度を高めることができる効果が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、通信装置２ａが上位の制御装置１ａから受信した時刻同期メッセージを通信路１１に送出するまでの時間を補正することを説明した。これに対し、この実施の形態２では、通信路１１から通信装置２ｂが受信する時刻同期メッセージについて、順序を制御すると共に上位の制御装置１ｂに送信するまでの時間を補正して送出することを説明する。

図３はこの発明の実施の形態２による通信システムの構成を示すブロック図である。図に示すように、この通信システムは実施の形態１の図１に示す構成と同様に、制御装置１ａと制御装置１ｂは通信装置２ａ，２ｂを介して通信可能であり、時刻同期が必要なデータをやり取りする。通信装置２ａ，２ｂは、制御装置１ａと制御装置１ｂとの間の時刻同期を実現し、それぞれデータ送信部３ａ，３ｂ、データ受信部４ａ，４ｂを備える。通信装置２ｂのデータ受信部４ｂは、データ蓄積バッファ１３、時刻補正回路１４、補正タイマ制御回路１５、補正タイマ１６、メッセージ確認回路１７を備える。

次に動作について説明する。
まず、通信路１１から通信装置２ｂに対して、時刻整合メッセージ１２ａが正しい順序、すなわちメッセージが保持する通し番号通りの順序で到着する場合について説明する。例えば、通信装置２ｂが通し番号’１’、’２’、’３’の時刻整合メッセージをこの順序で受信したとする。

通信装置２ｂは、通し番号’１’の時刻整合メッセージ１２ａを受信すると、データ受信部４ｂ内のデータ蓄積バッファ１３に蓄積すると共に、補正タイマ制御回路１５に対して時刻カウントを開始させる指示を出す。補正タイマ制御回路１５は指示に応じて、補正タイマ１６に時刻カウントを開始させる。

続いて、通信装置２ｂに通し番号’２’のメッセージが到着すると、データ蓄積バッファ１３がメッセージを蓄積すると共に、メッセージ確認回路１７がメッセージの前後関係を確認する。すなわち、データ蓄積バッファ１３内に蓄積されているメッセージの通し番号と、通信路１１から受信したメッセージの通し番号とを比較し、順番が正しいか、抜けがないかなどを確認する。具体的には、データ蓄積バッファ１３に蓄積されるメッセージの通し番号が’１’であり、通信路１１から受信したメッセージの通し番号が’２’であるため、メッセージ確認回路１７はメッセージの順番は正しく、かつ抜けがないと判断する。またこれと共に、補正タイマ制御回路１５に時刻取得指示信号ｄを出力する。

補正タイマ制御回路１５は指示信号ｄに応じて補正タイマ１６が示す時間を補正値ｅとして取得して時刻補正回路１４に通知すると共に、補正タイマ１６を一旦リセットして再度カウントを開始させる。

時刻補正回路１４は、補正値ｅを取得すると、データ蓄積バッファ１３に蓄積される通し番号’１’のメッセージを読み出し、補正値ｅ分だけメッセージの時刻を進めて制御装置１ｂに送信する。このように補正タイマ１６の時間分だけメッセージの時刻を進めることによってメッセージがデータ蓄積バッファ１３に蓄積された時間分の補正ができる。

続いて、通信装置２ｂに通し番号’３’のメッセージが到着すると、同様にデータ蓄積バッファ１３がメッセージを蓄積すると共に、メッセージ確認回路１７がメッセージの前後関係を確認する。メッセージの順番は正しく、かつ抜けがないと判断すると、メッセージ確認回路１７は補正タイマ制御回路１５に補正タイマ１６が示す時間を取得する指示を出す。補正タイマ制御回路１５は指示に応じて補正タイマ１６が示す時間を取得し、これを補正値ｅとして時刻補正回路１４に通知すると共に、補正タイマ１６を一旦リセットした後再度カウントを開始させる。時刻補正回路１４は補正値ｅを取得すると、データ蓄積バッファ１３に蓄積される通し番号’３’のメッセージを読み出し、補正値ｅ分だけメッセージの時刻を進めて制御装置１ｂに送信する。

以上の手順によって、通信装置２ｂに通し番号通りに到着した時刻整合メッセージを、正しい順序でかつ時刻補正を行って制御装置１ｂに送信できる。

一方、通信路１１から通信装置２ｂに送信されたメッセージの順序が正しくない、または抜けがあった等、異常である場合について説明する。例えば、メッセージの順序が入れ替わって、通し番号’１’、’３’、’２’のメッセージがこの順に通信装置２ｂに到着したとする。

まず、通信装置２ｂは、通し番号’１’の時刻整合メッセージ１２ａが到着すると、データ受信部４ｂ内のデータ蓄積バッファ１３に蓄積すると共に、補正タイマ制御回路１５に対して時刻カウントを開始させる指示を出す。補正タイマ制御回路１５は指示に応じて、補正タイマ１６に時刻カウントを開始させる。

続いて、通信装置２ｂに通し番号’３’のメッセージが到着すると、データ蓄積バッファ１３がメッセージを蓄積すると共に、メッセージ確認回路１７においてメッセージの前後関係を確認する。データ蓄積バッファ１３内に蓄積されているメッセージの通し番号は’１’であり、通信路１１から送信されたメッセージの通し番号は’３’であるため、メッセージ確認回路１７はデータ蓄積バッファ１３内の通し番号’１’のメッセージは順序が正しいと判断し、補正タイマ制御回路１５に時刻取得指示を出す。補正タイマ制御回路１５は指示に応じて補正タイマ１６が示す時間を取得して、補正値ｅとして時刻補正回路１４に通知すると共に、補正タイマ１６を一旦リセットして再度カウントを開始させる。

時刻補正回路１４は、補正値ｅを取得すると、データ蓄積バッファ１３に蓄積される通し番号’１’のメッセージを読み出し、補正値ｅ分だけメッセージの時刻を進めて制御装置１ｂに送信する。

続いて、通信装置２ｂに通し番号’２’のメッセージが到着すると、データ蓄積バッファ１３はメッセージを蓄積すると共に、メッセージ確認回路１７がメッセージの前後関係を確認する。このとき、データ蓄積バッファ１３に蓄積されるメッセージの通し番号’３’よりも、通信路１１から送信されたメッセージの通し番号’２’の方が順序が早いため、メッセージ確認回路１７は到着順に誤りがあると判断する。これと共に、補正タイマ制御回路１５に補正タイマ１６の示す時間を取得する指示を出す。また、順序の早い通し番号’２’のメッセージを時刻補正回路１４に通知する。補正タイマ制御回路１５は補正タイマ１６の示す時間を取得して、補正値ｅとして時刻補正回路１４に通知する。時刻補正回路１４は通し番号’２’のメッセージの時刻を補正値ｅ分だけ進めて制御装置１ｂに送信する。

続いて、メッセージ確認回路１７はデータ蓄積バッファ１３に蓄積される通し番号’３’のメッセージを時刻補正回路１４に通知する。時刻補正回路１４は通し番号’３’のメッセージをそのまま制御装置１ｂに送信する。以上の手順によって、通信装置２ｂに誤った順序で時刻整合メッセージが到着した場合でも、正しい順序に直し、かつ時刻補正を行って制御装置１ｂに送信できる。

次に、タイムアウトについて説明する。
通信装置２ｂは、時刻整合メッセージを受信しデータ蓄積バッファ１３に蓄積した後、一定期間を経過しても次の時刻整合メッセージを受信しない場合は、タイムアウトと判断して蓄積されるメッセージを制御装置１ｂに送信する。タイムアウト設定値は予め補正タイマ制御回路１５に保持される。

上述したように、データ蓄積バッファ１３はメッセージを蓄積すると同時に補正タイマ制御回路１５に時刻カウント開始させる指示を出す。補正タイマ制御回路１５は、指示に応じて補正タイマ１６に時刻カウントを開始させる。補正タイマ制御回路１５は、補正タイマ１６が示す時間とタイムアウト設定値とを監視し、補正タイマ１６が示す時間がタイムアウト設定値を超えても次のメッセージが到着した旨の通知をデータ蓄積バッファ１３から取得しない場合はタイムアウトと判断し、補正タイマ１６が示す時間を補正値ｅとして取得し時刻補正回路１４に通知すると共に補正タイマ１６をリセットする。

時刻補正回路１４は、補正値ｅを取得すると、データ蓄積バッファ１３に蓄積される時刻整合メッセージを読み出し、補正値ｅ分だけメッセージの時刻を進めて制御装置１ｂに送信する。以上の処理により、タイムアウトとなった場合でもデータ蓄積バッファ１３に蓄積された時間を補正してメッセージを制御装置１ｂに送信することができる。

図４は実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせた通信システムの構成を示すブロック図である。図に示すように、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせて、送信側、受信側共に通信装置に時刻補正を行う回路を設けるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、メッセージ確認回路１７において到着する時刻整合メッセージの順序を管理し、正しい順序のメッセージが到着したときに補正タイマ１６の示す時間でメッセージの時刻を補正するようにしたので、制御装置１ｂに対して時刻整合メッセージを正しい順序で、かつ時刻を補正して送信することが可能になる効果が得られる。

この発明の実施の形態１による通信システムの構成を示すブロック図である。 図１のモニタ回路の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による通信システムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせた通信システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ制御装置、２ａ，２ｂ 通信装置、３ａ，３ｂ データ送信部、４ａ，４ｂ データ受信部、５，１３ データ蓄積バッファ、６，１４ 時刻補正回路、７ モニタ回路、８，１５ 補正タイマ制御回路、９，１６ 補正タイマ、１０ 通信路監視回路、１１ 通信路、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 時刻整合メッセージ、１７ メッセージ確認回路。

Claims (2)

1. 複数の端末装置が接続される通信路上に設置され、各端末装置間の通信の時刻同期を行う通信装置において、
   前記複数の端末装置のうちの１つにより管理される時刻に関する時刻整合メッセージを受信して蓄積すると同時に時間のカウントを開始させる指示を出すデータ蓄積手段と、
   タイムアウト設定値を保持し、前記データ蓄積手段からの指示に応じて内蔵するタイマに時間のカウントを開始させ、前記タイマが示す時間と前記タイムアウト設定値とを監視し、前記タイマが示す時間がタイムアウト設定値を超えても次の時刻整合メッセージを前記データ蓄積手段が受信しない場合はタイムアウトと判断し、前記タイマが示す時間を取得して出力するタイマ制御手段と、
   前記タイマ制御手段から出力されたタイマの時間を用いて、前記データ蓄積手段に蓄積された時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側の端末装置に送信する時刻補正手段と
   を備えたことを特徴とする通信装置。
2. 複数の端末装置が接続される通信路上に設置され、各端末装置間の通信の時刻同期を行う送信側通信装置と受信側通信装置とを備えた通信システムにおいて、
   送信側通信装置が、
   前記複数の端末装置のうちの１つにより管理される時刻に関する時刻整合メッセージを受信して蓄積する送信側データ蓄積手段と、
   前記時刻整合メッセージの受信に応じて内蔵するタイマに時間をカウントさせる送信側タイマ制御手段と、
   前記通信路の使用状況を監視してデータ伝送可能かどうかを判定し、伝送可能となったときに前記送信側タイマ制御手段に前記タイマが示す時間を取得させる通信路監視手段と、
   前記送信側タイマ制御手段が取得したタイマの時間を用いて、前記送信側データ蓄積手段からの時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側通信装置に送信する送信側時刻補正手段とを備え、
   受信側通信装置が、
   前記送信側通信装置から時刻整合メッセージを受信して蓄積すると同時に時間のカウントを開始させる指示を出す受信側データ蓄積手段と、
   タイムアウト設定値を保持し、前記受信側データ蓄積手段からの指示に応じて内蔵するタイマに時間のカウントを開始させ、前記タイマが示す時間と前記タイムアウト設定値とを監視し、前記タイマが示す時間がタイムアウト設定値を超えても次の時刻整合メッセージを前記受信側データ蓄積手段が受信しない場合はタイムアウトと判断し、前記タイマが示す時間を取得して出力する受信側タイマ制御手段と、
   前記受信側タイマ制御手段から出力されたタイマの時間を用いて、前記受信側データ蓄積手段に保持された時刻整合メッセージの時刻を補正し、補正後の時刻整合メッセージを受信側の端末装置に送信する受信側時刻補正手段と
   を備えたことを特徴とする通信システム。

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