JP4408086B2

JP4408086B2 - クロック同期方法およびクロック同期回路

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Publication number: JP4408086B2
Application number: JP2005030822A
Authority: JP
Inventors: 清悟戸谷; 幸洋藤本; 英明井上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-02-07
Also published as: JP2006217531A

Description

本発明は、非同期通信網を介して同期通信を行う際に必要となる伝送装置間のクロック同期方法およびクロック伝送装置に関する。

図３は、従来のクロック同期回路を含む同期多重伝送装置の構成例を示す（非特許文献１）。図において、同期クロック発振器１１をもつ同期多重伝送装置１０Ｍと、従となる装置内クロック発振器１２をもつ同期多重伝送装置１０Ｓは、非同期通信網を介して接続される。ここでは、各同期多重伝送装置が物理ポートとして非同期パケットポート１３を備え、物理リンクを介して接続される。

同期多重伝送装置１０Ｍでは、非同期パケットポート１３に入力したデータパケットがクロックパケット生成部１４に入力される。同期クロック発振器１１に接続されたクロックパケット生成部１４では、クロック同期情報のみをもつクロック同期パケット、または非同期パケットポート１３から入力するデータパケットにクロック同期情報を埋め込んだデータパケットを生成し、非同期パケットポート１３から非同期通信網の物理リンクに送信する。

同期多重伝送装置１０Ｍから送信されたクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、従となる同期多重伝送装置１０Ｓの非同期パケットポート１３に受信される。同期多重伝送装置１０Ｓの非同期パケットポート１３に受信したクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、クロック同期回路２０のパケット受信バッファ２１に書き込まれる。クロック同期回路２０は、装置内クロック発振器１２から分周器１６を介して与えられるタイミング（減算周期）に応じて動作し、その出力値をＤ／Ａコンバータ１５を介して装置内クロック発振器１２にフィードバックすることにより、同期クロック発振器１１に同期させる構成である。パケット受信バッファ２１に書き込まれるクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、パケットカウンタ２２で減算周期ごとにその数がカウントされた後に、クロック同期パケットは廃棄され、データパケットは非同期パケットポート１３に出力される。

パケットカウンタ２２は、減算周期ごとに現在のカウンタ値を１減算するとともに、パケット受信バッファ２１のパケット数を加算し、そのカウンタ値をＤ／Ａコンバータ１５を介して装置内クロック発振器１２に出力する。すなわち、クロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットが減算周期ごとに一定数ずつ到着しているときは、パケットカウンタ２２のカウンタ値は一定値となって装置内クロック発振器１２の発振周波数も一定となる。これが同期クロック発振器１１に同期がとれた状態である。
PWE3 Internet-Draft "TDM over IP", Y(J) Stein, R.Shashoua, R.Insler, M.Anavi, www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-pwe3-tdmoip-02.txt

非同期通信網を介して同期通信を行うためには、同期クロック発振器をもつ同期多重伝送装置と、従となる装置内クロック発振器をもつ同期多重伝送装置との間でクロック同期をとる必要がある。従来のクロック同期回路では、クロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットが非同期通信網内で欠落すると、受信するパケット総数が少なくなり、従属同期側のクロック周波数が低下する問題がある。

また、クロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットを転送する経路上で障害が発生し、パケットが到着しない状態が続けば、クロック周波数が低下するだけでなくクロック同期外れが発生する問題がある。また、クロック周波数が徐々に低下することを避けるためにパケットカウンタをリセットする方法をとると、定常的にパケットロスが発生する状況では、クロック周波数の変動が大きくなり通信に支障をきたすことになる。

一方、クロック同期パケット等を冗長に伝送して障害発生時に切り替える方法もあるが、一般的な従来技術では障害が発生してから切り替えが終了するまでに時間がかかり、その間に転送すべきクロック同期パケット等が失われ、従属同期側のクロック同期外れが発生する可能性が高かった。

本発明は、非同期通信網を介して同期通信を行う伝送システムにおいて、冗長なクロック同期パケット等を転送し、高い信頼性とパケットロスによる長時間の周波数変動を抑止することができるクロック同期方法およびクロック伝送回路に関する。

第１の発明は、同期クロック発振器をもつ第１の伝送装置と、同期クロック発振器に従属する装置内クロック発振器をもつ第２の伝送装置が非同期通信網を介して接続され、第１の伝送装置は、同期クロック発振器に基づく一定間隔でクロック同期用のパケットを送信し、第２の伝送装置は、非同期通信網を介して転送されたクロック同期用のパケットを受信し、装置内クロック発振器に基づく周期でその受信パケット数をカウントし、その受信パケット数が一定になるように装置内クロック発振器の発振周波数を調整し、同期クロック発振器と装置内クロック発振器を同期させるクロック同期方法において、第１の伝送装置は、クロック同期用のパケットを複製して２つの経路に送信し、第２の伝送装置は、２つの経路で冗長に転送されたクロック同期用のパケットを受信し、装置内クロック発振器に基づく周期でそれぞれの受信パケット数をカウントし、各経路の受信パケット数の加算値を用いて装置内クロック発振器の発振周波数を調整するとともに、該周期ごとに各経路の受信パケット数を１減算しながらそれぞれ積算し、一方の経路に対応する受信パケット数のみが０になってから受信パケット数の積算値が０〜１のときに他方の経路の受信パケット数による補完処理を行い、補完後の各経路の受信パケット数の加算値を用いて装置内クロック発振器の発振周波数を調整する。

第２の発明は、同期クロック発振器をもつ第１の伝送装置と、同期クロック発振器に従属する装置内クロック発振器をもつ第２の伝送装置が非同期通信網を介して接続され、第１の伝送装置から第２の伝送装置に、同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送されたクロック同期用のパケットを受信し、装置内クロック発振器に基づく周期でその受信パケット数をカウントし、その受信パケット数が一定になるように装置内クロック発振器の発振周波数を調整し、同期クロック発振器と装置内クロック発振器を同期させるクロック同期回路において、非同期通信網の２つの経路を介して冗長に転送されたクロック同期用のパケットを受信し、装置内クロック発振器に基づく周期でそれぞれの受信パケット数をカウントする２つのパケットカウンタと、装置内クロック発振器に基づく周期ごとに、２つのパケットカウンタのカウンタ値を１減算しながらそれぞれ積算する２つのバーストパケットカウンタと、周期ごとに２つのパケットカウンタのカウンタ値の加算処理を行い、その加算値を装置内クロック発振器の発振周波数の制御情報として出力するとともに、一方の経路のパケットカウンタのカウンタ値のみが０でバーストパケットカウンタの積算値が０になったときに、他方の経路のパケットカウンタのカウンタ値を一方の経路のパケットカウンタの仮想的なカウンタ値として加算処理を行い、かつ一方の経路のバーストパケットカウンタに入力して積算する補完処理を行い、このバーストパケットカウンタのカウンタ値が２以上になったときに補完処理を停止するパケット演算部とを備える。

本発明では、クロック同期用のパケットを２つの経路で冗長に転送し、一方の経路上で失われたパケットを他方の経路のパケットをもとに補完する処理を行うことにより、パケットロスにより生ずるクロック周波数の低下やクロック同期外れを解消することができる。これにより、従属同期側の伝送装置のクロック周波数を安定化することができ、非同期通信網を介して接続される伝送システムの信頼性を高めることができる。

図１は、本発明のクロック同期回路を含む同期多重伝送装置の構成例を示す。図において、同期クロック発振器１１をもつ同期多重伝送装置１０Ｍと、従となる装置内クロック発振器１２をもつ同期多重伝送装置１０Ｓは、非同期通信網を介して接続される。ここでは、各同期多重伝送装置が物理ポートとして非同期パケットポート１３Ａ，１３Ｂを備え、経路Ａおよび経路Ｂの物理リンクを介して接続される。なお、装置間を接続する物理ポートが１つで、その物理リンク内に論理ポートを２つ設定し、１つの物理リンク内の２つの経路（回線）を介して接続されるものとしてもよい。

同期多重伝送装置１０Ｍでは、非同期パケットポート１３Ａ，１３Ｂに入力したデータパケットがデータパケット振り分け部１７を介してクロックパケット生成部１４に入力される。同期クロック発振器１１に接続されたクロックパケット生成部１４では、クロック同期情報のみをもつクロック同期パケット、またはデータパケット振り分け部１７から入力するデータパケットにクロック同期情報を埋め込んだデータパケットを生成し、非同期パケットポート１３Ａ，１３Ｂから非同期通信網の経路Ａおよび経路Ｂの各物理リンクに送信する。

同期多重伝送装置１０Ｍから冗長に２経路で送信されたクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、従となる同期多重伝送装置１０Ｓの非同期パケットポート１３Ａ，１３Ｂに受信される。なお、同期多重伝送装置１０Ｓでは、異なる２つの物理ポートまたは論理ポートに受信するパケットについて、経路Ａまたは経路Ｂのいずれから到着したものであるかを識別することができる。

同期多重伝送装置１０Ｓの各非同期パケットポート１３Ａ，１３Ｂに受信したクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、本発明のクロック同期回路２０のそれぞれ対応するパケット受信バッファ２１Ａ，２１Ｂに書き込まれる。クロック同期回路２０は、装置内クロック発振器１２から分周器１６を介して与えられるタイミング（減算周期）に応じて動作し、その出力値をＤ／Ａコンバータ１５を介して装置内クロック発振器１２にフィードバックすることにより、同期クロック発振器１１に同期させる構成である。パケット受信バッファ２１Ａ，２１Ｂに書き込まれるクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットは、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂで減算周期ごとにその数がカウントされた後に、クロック同期パケットは廃棄され、データパケットはデータパケット振り分け部１７に出力される。

パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値は、減算周期ごとにバーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂおよびパケット演算部２５に出力されるとともに、０にリセットされる。バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂは、減算周期ごとに現在のカウンタ値を１減算するとともに、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値出力（減算周期内に入力したパケット数）を加算し、そのカウンタ値をパケット演算部２５に出力する。ただし、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの最小値は０で、マイナス値にはならない。

パケット演算部２５は、減算周期ごとに入力するパケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値を加算し、その加算値から１減算した値をパケットカウンタ２２に出力する。パケットカウンタ２２は、減算周期ごとに現在のカウンタ値を１減算するとともに、パケット演算部２５の出力値を加算し、そのカウンタ値をＤ／Ａコンバータ１５を介して装置内クロック発振器１２に出力する。すなわち、経路Ａおよび経路Ｂを介して、クロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットが減算周期ごとに１つずつ到着しているときは、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値はともに１となり、パケット演算部２５の出力値も１となり、パケットカウンタ２２のカウンタ値は一定値となって装置内クロック発振器１２の発振周波数も一定となる。これが同期クロック発振器１１に同期がとれた状態である。

次に、経路Ａまたは経路Ｂから入力するクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットが途切れたときの動作について説明する。クロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットの入力が途切れると、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値は０のままで、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂのカウンタ値も０のままとなる。ここで、一方の経路からのパケットの入力が途切れ、減算周期の終わりで一方のバーストパケットカウンタのカウンタ値のみが０になった場合に、パケット演算部２５は次の減算周期から補完動作を開始する。補完動作では、パケットの入力が途切れた方、例えばパケットカウンタ２３Ｂのカウンタ値として、１つ前の減算周期のパケットカウンタ２３Ａのカウンタ値を与え、かつバーストパケットカウンタ２４Ｂでそのカウンタ値を加算する。また、パケット演算部２５は、補完動作開始後にバーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂのカウンタ値が２以上になった場合には、次の減算周期で補完動作を停止する。

このように、パケット演算部２５は、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値と、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂのカウンタ値から補完動作開始／補完動作停止を判断し、補完動作開始後はパケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値に応じて補完動作を行い、補完後の各カウンタ値の加算値をパケットカウンタ２２に出力する。これにより、一方の経路からのクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットが途切れても、補完動作によってパケットの受信タイミングを検出し、装置内クロック発振器１２の発振周波数の調整を行うことができる。

また、データパケット振り分け部１７は、クロック同期情報をもつデータパケットに対しては経路Ａまたは経路Ｂのいずれかの経路を選択して連続的に転送処理を行っている。ここで、いずれかの経路で障害が発生し、パケット演算部２５において一方の経路から他方の経路への補完動作を所定回数継続したことを検出した場合には、データパケット振り分け部１７に対して補完する側の経路のデータパケットを選択して転送するように制御する。

図２は、本発明のクロック同期回路の動作例を示す。ここでは、減算周期ごとにパケット受信バッファ２１Ａ，２１Ｂに受信するクロック同期パケットまたはクロック同期情報をもつデータパケットをＡ，Ｂと表記する。例えば、ＡＡは減算周期内に経路Ａから２つのパケットが受信したことを示し、空欄はパケットが受信しないことを示す。パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値は、減算周期ごとに受信したパケット数を示す。バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は、減算周期の始めと終わりを示し、減算周期の始めの値は１つの前の減算周期の終わりの値から１減算した値となる。ただし、最小値は０である。パケット演算部２５の出力は、パケットカウンタ２３Ａのカウンタ値とパケットカウンタ２３Ｂのカウンタ値を加算し、その加算値から１減算した値となる。ただし、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂのカウンタ値は、補完動作開始後は補完された値（図中かっこ書きで示す）を用いて加算処理が行われる。

減算周期ｔ１では、経路Ａおよび経路Ｂからパケットが到着せず、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値はともに０、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値はともに０のままであり、パケット演算部２５の出力は−１となる。減算周期ｔ２では、経路Ａおよび経路Ｂからパケットが１つずつ到着し、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値はともに１、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値はともに１になり、パケット演算部２５の出力は＋１となる。

減算周期ｔ３では、経路Ａからパケットが１つ到着し、経路Ｂからパケットが到着せず、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値は１，０、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は１，０になり、パケット演算部２５の出力は０となる。ここで、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値が０で、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値が１，０であるので、次の減算周期ｔ４ではパケットカウンタ２３Ｂへの補完動作を開始する。

減算周期ｔ４では、パケットカウンタ２３Ａの値は１となり、パケットカウンタ２３Ｂの値はパケットカウンタ２３Ａからの補完動作により（１）となり、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は１，１になり、パケット演算部２５の出力は＋１となる。なお、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値は１であるので、補完動作は継続する。減算周期ｔ５も同様である。

減算周期ｔ６では、パケットカウンタ２３Ａの値は０となり、パケットカウンタ２３Ｂの値は補完動作により（１）となり、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は０，１になり、パケット演算部２５の出力は０となる。なお、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値は１であるので補完動作は継続するが、パケットカウンタ２３Ａの値が０であるので実質的な補完はない。減算周期ｔ７では、パケットカウンタ２３Ａの値は１となり、パケットカウンタ２３Ｂの値は（０）となり、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は１，０になり、パケット演算部２５の出力は０となる。なお、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値は０であるので、補完動作は開始（継続）する。

減算周期ｔ８では、パケットカウンタ２３Ａの値は２となり、パケットカウンタ２３Ｂの値は（１）となり、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は２，１になり、パケット演算部２５の出力は＋２となる。減算周期ｔ９では、パケットカウンタ２３Ａの値は１となり、パケットカウンタ２３Ｂの値は補完された（２）と到着したパケットが１つあるので（３）となり、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は２，３になり、パケット演算部２５の出力は＋３となる。ここで、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値が２以上となるので、次の減算周期では補完動作を停止する。

減算周期ｔ10では、経路Ａおよび経路Ｂからパケットが１つずつ到着し、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値はともに１、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は２，３になり、パケット演算部２５の出力は＋１となる。減算周期ｔ11では、経路Ａからパケットが１つ到着し、経路Ｂからパケットが到着せず、パケットカウンタ２３Ａ，２３Ｂの値は１，０、バーストパケットカウンタ２４Ａ，２４Ｂの値は２，２になり、パケット演算部２５の出力は０となる。ここで、パケットカウンタ２３Ｂの値が０であるが、バーストパケットカウンタ２４Ｂの値が２であるので、補完動作は開始せず通常の動作を継続する。以下同様である。

なお、本実施形態では、同期クロック発振器１１と装置内クロック発振器１２の周波数差が２倍より小さい場合を想定している。

本発明のクロック同期回路を含む同期多重伝送装置の構成例を示す図。本発明のクロック同期回路の動作例を示す図。従来のクロック同期回路を含む同期多重伝送装置の構成例を示す図。

符号の説明

１０Ｍ，１０Ｓ同期多重伝送装置
１１同期クロック発振器
１２装置内クロック発振器
１３非同期パケットポート
１４クロックパケット生成部
１５Ｄ／Ａコンバータ
１６分周器
１７データパケット振り分け部
２０クロック同期回路
２１パケット受信バッファ
２２パケットカウンタ
２３パケットカウンタ
２４バーストパケットカウンタ
２５パケット演算部

Claims

同期クロック発振器をもつ第１の伝送装置と、前記同期クロック発振器に従属する装置内クロック発振器をもつ第２の伝送装置が非同期通信網を介して接続され、
前記第１の伝送装置は、前記同期クロック発振器に基づく一定間隔でクロック同期用のパケットを送信し、
前記第２の伝送装置は、前記非同期通信網を介して転送された前記クロック同期用のパケットを受信し、前記装置内クロック発振器に基づく周期でその受信パケット数をカウントし、その受信パケット数が一定になるように前記装置内クロック発振器の発振周波数を調整し、前記同期クロック発振器と前記装置内クロック発振器を同期させるクロック同期方法において、
前記第１の伝送装置は、前記クロック同期用のパケットを複製して２つの経路に送信し、
前記第２の伝送装置は、前記２つの経路で冗長に転送された前記クロック同期用のパケットを受信し、前記装置内クロック発振器に基づく周期でそれぞれの受信パケット数をカウントし、各経路の受信パケット数の加算値を用いて前記装置内クロック発振器の発振周波数を調整するとともに、該周期ごとに各経路の受信パケット数を１減算しながらそれぞれ積算し、前記一方の経路に対応する前記受信パケット数のみが０になってから前記受信パケット数の積算値が０〜１のときに他方の経路の受信パケット数による補完処理を行い、補完後の各経路の受信パケット数の加算値を用いて前記装置内クロック発振器の発振周波数を調整する
ことを特徴とするクロック同期方法。
請求項１に記載のクロック同期方法において、
前記クロック同期用のパケットは、２つの物理インタフェースを介して前記同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送される
ことを特徴とするクロック同期方法。
請求項１に記載のクロック同期方法において、
前記クロック同期用のパケットは、１つの物理インタフェース内に論理的に分けた２つの回線を介して前記同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送される
ことを特徴とするクロック同期方法。
同期クロック発振器をもつ第１の伝送装置と、前記同期クロック発振器に従属する装置内クロック発振器をもつ第２の伝送装置が非同期通信網を介して接続され、
前記第１の伝送装置から前記第２の伝送装置に、前記同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送されたクロック同期用のパケットを受信し、前記装置内クロック発振器に基づく周期でその受信パケット数をカウントし、その受信パケット数が一定になるように前記装置内クロック発振器の発振周波数を調整し、前記同期クロック発振器と前記装置内クロック発振器を同期させるクロック同期回路において、
前記非同期通信網の２つの経路を介して冗長に転送された前記クロック同期用のパケットを受信し、前記装置内クロック発振器に基づく周期でそれぞれの受信パケット数をカウントする２つのパケットカウンタと、
前記装置内クロック発振器に基づく周期ごとに、前記２つのパケットカウンタのカウンタ値を１減算しながらそれぞれ積算する２つのバーストパケットカウンタと、
前記周期ごとに前記２つのパケットカウンタのカウンタ値の加算処理を行い、その加算値を前記装置内クロック発振器の発振周波数の制御情報として出力するとともに、一方の経路のパケットカウンタのカウンタ値のみが０でバーストパケットカウンタの積算値が０になったときに、他方の経路のパケットカウンタのカウンタ値を一方の経路のパケットカウンタの仮想的なカウンタ値として前記加算処理を行い、かつ前記一方の経路のバーストパケットカウンタに入力して積算する補完処理を行い、このバーストパケットカウンタのカウンタ値が２以上になったときに前記補完処理を停止するパケット演算部と
を備えたことを特徴とするクロック同期装置。
請求項４に記載のクロック同期装置において、
２つの物理インタフェースを介して前記同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送された前記クロック同期用のパケットを受信する構成である
ことを特徴とするクロック同期装置。
請求項４に記載のクロック同期装置において、
１つの物理インタフェース内に論理的に分けた２つの回線を介して前記同期クロック発振器に基づく一定間隔で転送された前記クロック同期用のパケットを受信する構成であることを特徴とするクロック同期装置。
請求項４に記載のクロック同期装置において、
前記パケット演算部は、一方の経路から他方の経路への前記補完処理が所定回数継続したことを検出したときに、２つの経路で転送されたデータパケットの一方を選択出力する手段に対して補完する側の経路のデータパケットを選択するように制御する構成である
ことを特徴とするクロック同期装置。