JP4156451B2 - 同期方法および通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネットワークにより接続される2つ以上の通信装置間の同期方法に関するものであり、特に、クロック同期を確立できるほど高速に動作しない場合の同期方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来の通信装置間の同期方法について説明する。ここでは、通信キャリア会社の提供する広域回線(ネットワーク)により接続する2つ以上の通信装置間の一般的な同期方法について説明する(非特許文献1参照)。上記ネットワークを構成する通信装置は、回線に従属同期するクロックスレーブ側の通信装置として動作し、たとえば、主信号の処理を行う主信号処理部と、パケット信号の送受信処理を行うパケット送受信部と、回線からの受信信号からクロック成分を抽出する回線クロック抽出部と、抽出されたクロックに自装置の基準クロックを同期させるPLL部と、装置内基準クロックから装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部から構成される。
【0003】
ここで、上記通信装置の動作を簡単に説明する。通信キャリア会社の提供する広域回線に接続される従来の通信装置は、当該広域回線が高精度のクロックに同期しているので、クロックスレーブ側の通信装置として動作する。すなわち、全通信装置が広域回線の高精度クロックと同期を確立することにより、各通信装置間の同期をも確立する。
【0004】
たとえば、回線からの入力信号は、パケット送受信部に入力され、伝送用のオーバヘッドが取り除かれ、主信号処理部に入力される。また、回線への送信信号は、主信号処理部からパケット送受信部へ転送され、回線に出力される。なお、主信号が送受されているときの入力信号には、クロック成分が重畳されている。
【0005】
また、回線クロック抽出部では、主信号の送受信と同時に受信信号に重畳されているクロック成分をタンク回路等で抽出し、その抽出結果をPLL部へ送る。そして、PLL部では、上記クロック成分に自クロックをPLLロックさせ、装置内の基準クロックを生成する。また、装置内フレーム生成部では、当該基準クロックを用いて装置内で必要な装置内フレーム信号を生成する。
【0006】
上記のような動作を、クロックスレーブ側の全通信装置が行うことにより、各通信装置が高精度の回線クロックとの同期を確立でき、さらに各通信装置間の同期も確立できる。そして、各クロックスレーブ側の通信装置間でクロック同期が確立すると、通信装置内で使用する長周期の位相信号についても、時間に伴う位相の変化(位相差の変動)が発生しない。
【0007】
【非特許文献1】
電子情報通信学会 改定ディジタル交換方式 (P62〜P65)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の通信装置の同期方法では、たとえば、IPネットワーク等において、回線とクロックスレーブ側の通信装置との間にルータ等の装置が入ってしまうと、クロックスレーブ側の通信装置にて回線からのクロック成分を抽出できない、という問題があった。
【0009】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回線からのクロック成分を抽出できない環境であっても、通信装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑え、かつ回線の使用効率の低下を回避可能な同期方法および通信装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる同期方法にあっては、クロックソース側の通信装置が、自装置内で生成した基準クロック信号を用いて、回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で同期パケットを生成する同期パケット生成ステップと、主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信ステップと、を含み、クロックスレーブ側の通信装置が、主信号と前記同期パケットを分離する受信ステップと、分離された同期パケットに基づいて同期信号を生成する同期信号生成ステップと、前記同期信号から所定の位相信号を出力する位相信号生成ステップと、短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記位相信号に低速で追従するPLL処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する基準タイミング生成ステップと、を含むことを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、短期的遅延変動に反応しない同期系を構成する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0013】
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態1の通信システムの構成を示す図であり、この通信システムは、同期のマスターとなるクロックソース側の通信装置1と、クロックソース側の通信装置1に従属同期するクロックスレーブ側の複数の通信装置2から構成される。
【0014】
また、上記クロックソース側の通信装置1は、パケットの送受信を行うパケット送受信部10と、主信号の処理を行う主信号処理部11と、通信装置1および通信装置2の基準となるクロック信号(基準クロック信号)を生成するクロック生成部13と、基準クロック信号に基づいて同期パケットを生成する同期パケット生成部12と、基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部14と、を備える。
【0015】
また、上記クロックスレーブ側の通信装置2は、上記パケット送受信部10,主信号処理部11,装置内フレーム生成部14に加えて、パケット送受信部10が分離した同期パケットから同期信号を抽出する同期信号抽出部15と、上記同期信号を平均化する平均化部16と、平均化後の信号に対して低速PLLによる同期処理を実行する低速PLL部17と、を備える。
【0016】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。なお、クロックソース側の通信装置1とクロックスレーブ側の通信装置2は、回線からクロックを抽出することのできないネットワークで接続されていることを想定する。また、主信号処理部11は、パケット送受信部10を介して主信号の送受を不定期に行っている。
【0017】
通信装置1では、自走型のクロック発信機を有するクロック生成部13が装置内における基準クロック信号を生成する。そして、同期パケット生成部12では、基準クロック信号を用いて1秒信号を生成し、1秒ごとに同期パケットを送受信部10へ送出する。本実施の形態では、一例として、UDP(User Datagram Protocol)/IPフレームの特定のポート番号を同期パケットとして割り当て、ペイロードは無しとする。パケット送受信部10では、主信号の送受に同期パケットを割り込ませて、回線に送出する。
【0018】
一方、通信装置2では、パケット送受信部10にて通信装置1から送られてきた同期パケットを分離し、その結果を同期信号抽出部15に送る。同期信号抽出部15では、同期パケットから同期信号を抽出する。ここでは、UDP/IPの上記特定のポート番号に割り当てられた同期パケットを用いる。この同期パケットのペイロードには情報がないので、同期信号抽出部15では、同期パケットを受信したタイミングで平均化部16に同期信号を出力する。平均化部16では、同期信号に基づいて、次段の低速PLL17の位相比較器に入力する信号を生成する。
【0019】
図2は、上記平均化部16の動作例を示す図である。たとえば、図2(a)では、同期信号が入力する毎に、その到着間隔の1/100のタイミング信号を低速PLL部17に送出する。また、図2(b)では、複数の同期パケットの平均到着間隔を計算し、その平均値の1/100のタイミング信号を低速PLL部17に送出する。
【0020】
低速PLL部17では、平均化部16の出力するタイミング信号を位相比較器の入力とし、PLL処理を実行し、自装置用の基準タイミングを生成する。このPLLは追従時間を十分長い時間に設計する。ここでは、同期パケットの送出間隔を1秒としているので、たとえば、10秒以上の追従時間とする。低速でPLL処理を実行することにより短期的な遅延変動に対して瞬時に追従しないようにする。
【0021】
装置内フレーム生成部14では、低速PLL部17の生成する基準タイミングにより装置内フレームを生成する。
【0022】
以上のように、本実施の形態においては、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、平均化部および低速PLL部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる。
【0023】
実施の形態2.
図3は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態2の通信システムの構成を示す図であり、この通信システムの通信装置2aは、実施の形態1の通信装置2の構成に加えて、同期信号抽出部15にて抽出する同期信号の到着間隔を監視し、短期的に大きくずれた場合、その同期信号を廃棄する到着周期監視部18を備える。
【0024】
ここで、上記通信装置2aにおける到着周期監視部18の動作について説明する。なお、到着周期監視部18以外の動作については、先に説明した実施の形態1と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0025】
到着周期監視部18では、同期信号抽出部15にて抽出される同期信号を常時監視する。このとき、同期信号を受け取る毎に1つ前の同期信号との到着間隔を測定する。たとえば、到着間隔の過去100回の平均を計算し、新たに到着する同期信号の到着間隔と当該平均値とを比較し、その差が予め規定された所定量を超えている場合はその信号を廃棄する。
【0026】
このように、本実施の形態においては、短期的な遅延変動による変化を平均化部に入力しない構成した。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えるために行われる平均化の精度を、さらに向上させることができる。
【0027】
実施の形態3.
図4は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態3の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態1または2と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0028】
本実施の形態のクロックソース側の通信装置1bは、装置内フレーム生成部14にて生成する装置内フレームのフレーム位相に関する情報(位相情報)を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成部12b、を備える。
【0029】
また、本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置2bは、パケット送受信部10にて分離された同期パケットから通信装置1の位相情報を抽出する同期信号抽出部15bと、自装置のフレーム位相と同期パケットから抽出した位相情報(フレーム位相)との差分を計算する差分計算部19と、当該差分値と同期パケットの到着時間からフレーム位相差の変化の割合を低速VCXOに通知する平均化部16bと、通知されたフレーム位相差の変化の割合に応じて発信周波数を上下させ、装置内基準クロックを生成する低速VCXO部20と、当該装置内基準クロックを用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成部14bと、を備える。
【0030】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態1または2と異なる処理についてのみ説明する。
【0031】
通信装置1bでは、同期パケット生成部12bが、装置内フレーム生成部14の生成した装置内フレーム信号から自装置内のフレーム位相情報を抽出し、その位相情報を載せた同期パケットを生成する。なお、本実施の形態では、一例として、UDP/IPフレームの特定のポート番号を同期パケットとして割り当て、ペイロードに位相情報を載せる。また、同期パケットの送出周期は、回線使用効率に影響を与えない程度に設定し、ここでは、たとえば、1秒とする。
【0032】
一方、通信装置2bでは、同期信号抽出部15bが、パケット送受信部10により分離された同期パケットから通信装置1bのフレーム位相を抽出し、その結果を差分計算部19へ出力する。
【0033】
差分計算部19では、自装置のフレーム位相と同期パケットから抽出したフレーム位相との差分を計算する。そして、その計算結果である差分値を、順次平均化部16bへ出力する。平均化部16bでは、同期パケットの到着時間と上記差分値から差分値の変化の方向と割合を計算する。
【0034】
低速VCXO20では、変化の方向に応じて発信周波数を上げるか、下げるか決定し、変化の割合(グラフの傾き)に応じて制御電圧の大きさを決定する。VCXOの制御電圧は、たとえば、差分計算部19から低速VCXO20までの構成をPLLと見た場合の追従時間が、同期パケットの送出周期1秒に対して十分遅くなるように設計する。図5は、平均化部16bの動作例を示す図である。
【0035】
装置内フレーム生成部14bでは、低速VCXO部20の生成する基準タイミングにしたがって装置内フレームを生成する。
【0036】
以上のように、本実施の形態においては、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、差分計算部、平均化部および低速VCXO部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からのクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる。
【0037】
実施の形態4.
図6は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態4の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態1、2または3と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0038】
本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置2cは、先に説明した同期信号抽出部15bの処理に加えて、同期パケットから抽出したフレーム位相情報を装置内フレーム生成部14cに転送する同期信号抽出部15cと、低速VCXO部20からの基準クロックを用いて装置内フレーム信号を生成し、また、次カウンタの位相を同期信号抽出部15cから送られてくるフレーム位相情報に強制的に合わせこむ装置内フレーム生成部14cと、を備える。
【0039】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態3と異なる処理についてのみ説明する。
【0040】
本実施の形態の通信装置2cの同期信号抽出部15cでは、立ち上げ直後の1回目に受信/抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合等に、同期パケットから抽出したフレーム位相情報を装置内フレーム生成部14cに転送する。そして、装置内フレーム生成部14cでは、このようなフレーム位相情報を受信すると、自装置内フレーム信号の次カウンタの位相を当該フレーム位相情報に強制的に合わせこむ。
【0041】
このように、本実施の形態においては、クロックマスタ側の通信装置の位相にクロックスレーブ側の通信装置のカウンタを強制的に合わせられるようにした。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることを可能にするだけでなく、さらに必要に応じて装置間の位相を回線遅延以内で合わせることができる。
【0042】
実施の形態5.
図7は、本発明にかかる通信装置を含む実施の形態5の通信システムの構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態1、2、3または4と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0043】
本実施の形態のクロックスレーブ側の通信装置2dは、平均化部16bに入力される差分値を監視し、差分値の変化の割合が短期的に大きくずれた場合に、その信号を廃棄する分散監視部21、を備える。
【0044】
ここで、上記通信システムにおける本実施の形態の同期方法について説明する。本実施の形態では、先に説明した実施の形態3と異なる処理についてのみ説明する。
【0045】
本実施の形態の通信装置2dの分散監視部21では、平均化部16bに入力される差分値を常に監視する。そして、たとえば、差分値の過去100回の平均的な変化の割合を計算し、新たに到着する差分値が平均値と大きくずれている場合は、その信号を廃棄する。
【0046】
以上のように、本実施の形態においては、短期的な遅延変動による変化を平均化部から取り除くこととした。これにより、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることを可能にするだけでなく、さらに平均化の精度を向上させることができる。
【0047】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、回線使用効率に影響のでない程度まで長周期化した同期パケットを用い、平均化部および低速PLL部により短期的遅延変動に反応しない同期系を構成することとした。これにより、クロック同期を確立できるほど高速には動作しないが、回線からクロック成分を抽出できない環境であっても、装置間における長期的な位相変化を一定範囲に抑えることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる通信装置を含む実施の形態1の通信システムの構成を示す図である。
【図2】 平均化部の動作例を示す図である。
【図3】 本発明にかかる通信装置を含む実施の形態2の通信システムの構成を示す図である。
【図4】 本発明にかかる通信装置を含む実施の形態3の通信システムの構成を示す図である。
【図5】 平均化部の動作例を示す図である。
【図6】 本発明にかかる通信装置を含む実施の形態4の通信システムの構成を示す図である。
【図7】 本発明にかかる通信装置を含む実施の形態5の通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1,1b,2,2a,2b,2c,2d 通信装置、10 パケット送受信部、11 主信号処理部、12,12b 同期パケット生成部、13 クロック生成部、14,14b,14c 装置内フレーム生成部、15,15b,15c 同期信号抽出部、16,16b 平均化部、17 低速PLL部、18 到着周期監視部、19 差分計算部、20 低速VCXO部、21 分散監視部。
Claims (7)
- クロックソース側の通信装置が、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する第1のフレーム信号生成ステップと、
回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で、前記装置内フレーム信号からフレーム位相情報を抽出し、その情報を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成ステップと、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信ステップと、
を含み、
クロックスレーブ側の通信装置が、
主信号と前記同期パケットを分離する受信ステップと、
分離された同期パケットからフレーム位相情報を抽出する位相情報抽出ステップと、
前記同期パケットから抽出したフレーム位相と自装置内フレーム信号のフレーム位相との差分を計算する差分計算ステップと、
前記差分値と前記同期パケットの到着時間から差分値の変化情報を生成する変化情報生成ステップと、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記変化情報に応じてVCXOの発信周波数を制御し、自装置用の基準タイミングを生成する基準タイミング生成ステップと、
前記基準タイミングにしたがって装置内フレーム信号を生成する第2のフレーム信号生成ステップと、
を含むことを特徴とする同期方法。 - 前記第2のフレーム信号生成ステップにあっては、
立ち上げ直後の1回目に抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合、同期パケットから抽出したフレーム位相に、自装置内フレーム信号の位相を強制的に合わせることを特徴とする請求項1に記載の同期方法。 - 前記差分値が一時的に所定値より大きく変動した場合に、その差分値を廃棄することを特徴とする請求項1に記載の同期方法。
- クロックソースとして動作する通信装置において、
自装置内で生成した基準クロック信号を用いて装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成手段と、
回線使用効率に影響を与えない程度の間隔で、前記装置内フレーム信号からフレーム位相情報を抽出し、その情報を載せた同期パケットを生成する同期パケット生成手段と、
主信号と前記同期パケットを多重化させて回線に送出する送信手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。 - クロックスレーブとして動作する通信装置において、
主信号とクロックソースのフレーム位相情報が載せられた同期パケットとを分離する受信手段と、
分離された同期パケットから前記フレーム位相情報を抽出する位相情報抽出手段と、
前記同期パケットから抽出したフレーム位相と自装置内フレーム信号のフレーム位相との差分を計算する差分計算手段と、
前記差分値と前記同期パケットの到着時間から差分値の変化情報を生成する変化情報生成手段と、
短期的な遅延変動に対して追従しないように、前記変化情報に応じて発信周波数を制御し、自装置用の基準タイミングを生成する低速VCXO手段と、
前記基準タイミングにしたがって装置内フレーム信号を生成する装置内フレーム生成手段と、
を備えることを特徴とする通信装置。 - 前記装置内フレーム生成手段は、
立ち上げ直後の1回目に抽出したフレーム位相情報の場合、同期パケットに所定の指示情報が載せられた場合、または、装置管理機能から要求があった場合、同期パケットから抽出したフレーム位相に、自装置内フレーム信号の位相を強制的に合わせることを特徴とする請求項5に記載の通信装置。 - 前記差分値が一時的に所定値より大きく変動した場合に、その差分値を廃棄することを特徴とする請求項5に記載の通信装置。
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