JP5080202B2 - 時刻同期処理システム、時刻情報配信装置、時刻同期処理装置、時刻情報配信プログラム、および時刻同期処理プログラム - Google Patents
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Description
IEEE1588 「IEEE standard for aprecision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems」 2002年
前記到着完了時刻および前記送出完了時刻の関係を用いて前記スレーブ時計手段の時刻補正情報を算出する時刻補正手段と、10)前記時刻補正手段の時計補正情報をもとに前記スレーブ時計手段の時刻を設定する時刻設定手段とを備える。
C=S+td (1)
ところで、無線ネットワークでは、CSMA/CAの輻輳制御が行われている。CSMA/CAでは、パケットを送出する前に、回線の利用状況を確認し、他の機器により回線が使用中の場合には、backoffと呼ばれる待機動作を行う。待機時間は、図4に示すContention Windowを変化させることにより、数十マイクロ秒から数十ミリ秒のランダムな時間となる。遅延時間の変動は、時刻同期の精度を劣化させる。
td=tb+tp (2)
より具体的に、遅延時間tdを示す。
tp=D/vc (3)
ここで、伝搬距離の最大は、IEEE802.11でD=100m、IEEE802.15でD=20m程度であるため、空気中の電波の速度vc=3×108[m/秒]として、式(3)に代入して計算すると、伝搬時間tpは333ナノ秒以下となる。
C=S+tp+td (4)
ここで、送出処理時間57(tb)に比して伝搬時間58(tp)は小さい値であることから、送出処理時間57(tb)の影響が大きい。スレーブ2において、マスタ内部時計15との時間差および変動成分は大きなものとなる。
C=S+tp (5)
伝搬時間tpは、無視できるほど小さい値であるので、タイムスタンプC(時刻65)は、タイムスタンプS(時刻64)に非常に近い時刻となる。
t′i=Rti+O (6)
ここで、定数Rはクロックレート、定数Oは時刻オフセットである。なお、通常の温度補償されていない水晶発振器によって駆動されている内部時計では、線形関係が保持されるのは数十秒以下である。式(6)より、tiとt′iの関係から簡単な統計処理により、スレーブ内部時計を補正する一次式が算出できる。
Ver:パケットフォーマットバージョン
GPS mode:GPS測位モード(1:非測位、2:2D測位、3:3D測位)
LeapSec:うるう秒(TAI−UTC)
UNIX Time(TAI):1970/01/01を起点とする積算秒数
Outbound latency:1パルス毎秒の立上がりから、パケットがパケット送信部から送出されるまでの所定の時間(ナノ秒)
PPTT(S):先行パケット送出時刻整数部(秒)
PPTT(N):先行パケット送出時刻小数部(ナノ秒)
Latitude:緯度(度)
Longitude:経度(度)
Altitude:海抜高度(メートル)
Track:進行方向(度)
Speed:速度(キロメートル毎時)
NSTサーバから提供される空間情報は、接続しているGPSアンテナの位置であり、建物を識別する程度のものである。これより、無線ネットワークにおいて、NSTサーバおよびクライアント装置の利用分野は、時刻情報としては高精度を必要とするが、位置情報としては粗粒度(数十か数百メートル)精度の用途分野での利用ができる。
2 スレーブ
3 基準時刻情報受信用のアンテナ
4 マスタ側の無線LAN用アンテナ
5 スレーブ側の無線LAN用アンテナ
6 基準時刻情報信号線
8 無線LAN
10 時刻情報配信装置
11 基準時刻受信部
13 基準時刻情報記憶部
14 時刻設定部
15 マスタ内部時計
17 時刻パケット生成部
19 パケット送信部
21 パケット送出完了時刻検知部
23 パケット送出完了時刻記憶部
30 時刻同期処理装置
31 パケット受信部
33 パケット到着完了時刻検知部
35 パケット到着完了時刻記憶部
37 到着パケット情報読込み部
39 到着パケット情報記憶部
41 時刻補正処理部
43 時刻設定部
45 スレーブ内部時計
51、61 パケット(信号)
54、55、56、64、65 時刻
57 backoffを含む送出までに要する送出処理時間
58、66 無線パケットの伝搬時間
71 GPS受信アンテナ
72 GPS信号受信部
73 FPGA部
74 送信インタフェース部
75 パケット送信部
76 1パルス毎秒基準クロック信号
77 UART信号
78 入出力インタフェース(信号)
79 パケット送出完了信号
81 パケット受信部
82 受信インタフェース部
83 CPU処理部
84 データ記憶部
85 データ信号
86 パケット到着完了信号
Claims (7)
- 無線ネットワークに接続する時刻情報配信装置および時刻同期処理装置で構成される時刻同期処理システムであって、
前記時刻情報配信装置は、
基準時刻情報を取得し、基準時刻情報記憶手段へ記録する基準時刻情報取得手段と、
前記基準時刻情報をもとに自装置内に時刻情報を提供するマスタ時計手段と、
一定の間隔で、時刻同期用データである時刻パケットを前記無線ネットワークへ送信するパケット送信手段と、
前記時刻パケットの送出完了時刻を検知し、送出完了時刻記憶手段へ記録するパケット送出完了時刻検知手段と、
前記送出完了時刻記憶手段に記録された、直前の時刻パケットの送出完了時刻を情報格納域に記載した時刻パケットを生成する時刻パケット生成手段とを備え、
前記時刻同期処理装置は、
自装置内に時刻情報を提供するスレーブ時計手段と、
前記時刻情報配信装置から送信された時刻パケットを受信するパケット受信手段と、
前記時刻パケットの受信完了時間を検知し、到着完了時刻記憶手段へ蓄積するパケット到着完了時刻検出手段と、
前記受信した時刻パケットの情報格納域から前記送出完了時刻を読み出し、受信パケット情報記憶部に記録する受信パケット情報取得部と、
前記到着完了時刻および前記送出完了時刻の関係を用いて前記スレーブ時計手段の時刻補正情報を算出する時刻補正手段と、
前記時刻補正手段の時計補正情報をもとに前記スレーブ時計手段の時刻を設定する時刻設定手段とを備える
ことを特徴とする時刻同期処理システム。 - 前記時刻補正手段は、前記時刻パケットの到着完了時刻および送出完了時刻に統計処理を施すことによって前記時計補正情報を算出する
ことを特徴とする前記請求項1記載の時刻同期処理システム。 - 無線ネットワークに接続する時刻情報配信装置であって、
基準時刻情報を取得し、基準時刻情報記憶手段へ記録する基準時刻情報取得手段と、
前記基準時刻情報をもとに自装置内に時刻情報を提供するマスタ時計手段と、
一定の間隔で、時刻同期用データである時刻パケットを前記無線ネットワークへ送信するパケット送信手段と、
前記時刻パケットの送出完了時刻を検知し、送出完了時刻記憶手段へ記録するパケット送出完了時刻検知手段と、
前記送出完了時刻記憶手段に記録された、直前の時刻パケットの送出完了時刻を情報格納域に記載した時刻パケットを生成する時刻パケット生成手段とを備える
ことを特徴とする時刻情報配信装置。 - 無線ネットワークに接続する時刻同期処理装置であって、
自装置内に時刻情報を提供するスレーブ時計手段と、
前記時刻情報配信装置から送信された時刻パケットを受信するパケット受信手段と、
前記時刻パケットの受信完了時間を検知し、到着完了時刻記憶手段へ蓄積するパケット到着完了時刻検出手段と、
前記受信した時刻パケットの情報格納域から前記送出完了時刻を読み出し、受信パケット情報記憶部に記録する受信パケット情報取得部と、
前記到着完了時刻および前記送出完了時刻の関係を用いて前記スレーブ時計手段の時刻補正情報を算出する時刻補正手段と、
前記時刻補正手段の時計補正情報をもとに前記スレーブ時計手段の時刻を設定する時刻設定手段とを備える
ことを特徴とする時刻同期処理装置。 - 前記時刻補正手段は、前記時刻パケットの到着完了時刻および送出完了時刻に統計処理を施すことによって前記時計補正情報を算出する
ことを特徴とする前記請求項4記載の時刻同期処理装置。 - 無線ネットワークに接続するコンピュータを、
基準時刻情報を取得し、基準時刻情報記憶手段へ記録する基準時刻情報取得手段と、
前記基準時刻情報をもとに自装置内に時刻情報を提供するマスタ時計手段と、
一定の間隔で、時刻同期用データである時刻パケットを前記無線ネットワークへ送信するパケット送信手段と、
前記時刻パケットの送出完了時刻を検知し、送出完了時刻記憶手段へ記録するパケット送出完了時刻検知手段と、
前記送出完了時刻記憶手段に記録された、直前の時刻パケットの送出完了時刻を情報格納域に記載した時刻パケットを生成する時刻パケット生成手段として
機能させるための時刻情報配信プログラム。 - 無線ネットワークに接続するコンピュータを、
自装置内に時刻情報を提供するスレーブ時計手段と、
前記時刻情報配信装置から送信された時刻パケットを受信するパケット受信手段と、
前記時刻パケットの受信完了時間を検知し、到着完了時刻記憶手段へ蓄積するパケット到着完了時刻検出手段と、
前記受信した時刻パケットの情報格納域から前記送出完了時刻を読み出し、受信パケット情報記憶部に記録する受信パケット情報取得部と、
前記到着完了時刻および前記送出完了時刻の関係を用いて前記スレーブ時計手段の時刻補正情報を算出する時刻補正手段と、
前記時刻補正手段の時計補正情報をもとに前記スレーブ時計手段の時刻を設定する時刻設定手段として
機能させるための時刻同期処理プログラム。
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