JP5350787B2 - タイムスタンプを用いたタイム同期方法及び装置 - Google Patents
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Description
第1方式の場合、一つのノードは自身のマスターノードを除いて、自身に接続されたスレーブノードなどのすべてのノードにタイムスタンプを送る。このとき、タイムスタンプは、タイムスタンプの送られた瞬間に読み込んだローカルクロック値を含む。この第1方式において、ダウンストリームのクロックはマスターノードに同期できるが、夫々の伝搬遅延(Propagation Delay)によって異なることがある。
このような第1および第2方式は、タイムスタンプがどのように使用されるべきであるかは説明していない。典型的に、一つのスレーブノードは、即座に位相調節を行なうためか、又はローカルクロックレートを調節するためにタイムスタンプ情報を利用する。多くの場合、デジタル制御オシレータ(DCO:Digital Control Oscillator)は、例えば自走(free-running)クロックが入力タイムスタンプ値に基づいて調整され、クロック周波数に同期される。
クロック周波数許容が±y(ここで、yは純粋な比率)、連続するタイムスタンプ間の時間がT、最大位相ステップが2yTであるとする。例えば、y=100ppmおよびT=10msだと、最大位相ステップは2000nsとなる。これは、例えば住居用イーサネット(登録商標)(例えば、オーディオ/ビデオブリッジングネットワーク)などのデジタルビデオおよびオーディオ伝送においていくつかのアプリケーションのためには過度であるとの問題点がある。この位相ステップは、一つのスレーブノードがそのマスターノードに同期する時に発生する。このような位相エラーはノードのチェインに対してタイミングが伝送される際に蓄積され、すべての位相エラー蓄積は2yTより多少大きい。
与えられた固有の雑音レベルを有するDCOに対して、狭い帯域幅はより大きいDPLL雑音発生を起こす。また、PLLの数を超えた後の位相エラーは劇的に増加することが知られている。これが発生した後のPLLの数は、利得ピークに依存し、より大きい利得ピークに対して少ない。
また、前記応答タイムスタンプ受信ステップにおいて、前記応答タイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間、前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間、及び前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間が含まれていることが好ましい。
前記オフセット値は、
ここで、前記フィルタ伝送関数は、
また、前記応答タイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間、前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間、及び前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間が含まれていることが好ましい。
このとき、前記オフセット値は、
そして、前記スレーブノードは前記デジタル低域通過フィルタを介して前記デルタタイム値を算出し、前記デルタタイム値を前記デジタル低域通過フィルタのフィルタ係数と組み合わせてオフセット値を算出することが好ましい。
9
まず、各図面の構成要素に参照符号を付するにあたり、同一構成要素に対しては、他の図面上に表示されるとしてもできる限り同一符号を有するようにすることに留意しなければならない。
また、本発明を説明するにあたり、関連する公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明を不明瞭にすると判断される場合は詳細説明を省略する。
本発明に係る一つのアプローチにおいて、タイムスタンプは上昇32ビット2進カウンタのカウント状態に表示されるが、これはマスターノード又はスレーブノードの10.24MHz自走ローカルクロックで決定される。二番目のアプローチにおいて、タイムスタンプは、自走32ビットカウンタの値を一般的に計算されたオフセットにプラスした和で表現される。同期メッセージの間の一般的な間隔は、数十ms(最大200ms)で、下りリンクのオーバヘッドを小さくしつつスレーブノードが時間同期を速やかに獲得するように設定する。
図1は、本発明の実施形態に係るタイムスタンプを用いたタイム同期方法を説明するためのパケット交換ネットワークの構成を概略的に示す。
同図において、パケット交換ネットワークは、マスターノード110と複数のスレーブノード122〜126を含む。
マスターノード110は、任意のスレーブノードからタイムスタンプを受信し、受信したタイムスタンプに対する応答タイムスタンプを含む同期メッセージを該当スレーブノードに伝送する。
次いで、スレーブノード122〜126は、受信した応答タイムスタンプに基づいてデルタタイム値を算出し、デルタタイム値に基づいてデジタル低域通過フィルタを介してローカルクロック時間を調節するようになる。すなわち、スレーブノード122〜126は、自走ローカルクロックに基づいたタイムスタンプと、以前タイムスタンプの修正に基づいたタイムスタンプとに基づいてデルタタイム値を算出し、これに基づいてマスターノード110と同期を取る。
まず、自走ローカルクロックに基づいたタイムスタンプの場合、スレーブノードがタイムスタンプの変更に基づいてデルタタイム値を算出するとき、その値は、デジタル低域通過フィルタ(DLPF)に入力される。新たなタイムスタンプの変更に基づいて新たなデルタタイム値が算出されるとき、その新たなデルタタイム値はデジタルフィルタに入力される。そのフィルタの状態は以前のデルタタイム値に基づいた現在状態と同等であり、フィルタの応答はその値を受信した以降に発生する。一つのノードはそのマスターから現在蓄積されてフィルタリングされたオフセット値を受信し、そのフィルタリングされたオフセット値を蓄積された値に加算してダウンストリーム上のすべてのノードに送る。
もし、マスターノードがタイムスタンプを受信したスレーブノードに変更されるのであれば、そのスレーブノードからタイムスタンプを受信するものとその応答を送信するものとの間に新たなデルタタイムを算出し、新たなデルタタイム値に起因したあるエラーは、全くフィルタリングされていない方式に比べ小さいことが予想される。これは、そのデジタルフィルタが即時にローカルタイム値へのステップ変更を防止するためである。また、スレーブノードにおいて、エラーを小さくするには、フィルタタイム常数は、スレーブノードからのタイムスタンプの受信とその応答の送信との間の時間と比較して大きくなければならない。
デルタタイム値はマスターノードから受信した応答タイムスタンプに基づき、次の数式1のようにデルタタイム値(Uk)を算出し、算出されたデルタタイム値に基づいてローカルクロック時間を調節するようになる。
また、デジタル低域通過フィルタは、次の数式2のようにフィルタ係数とデルタタイム値とを用いてオフセット値を算出する。
また、デジタル低域通過フィルタに用いられたフィルタ伝送関数は、次の数式3のように示すことができる。
スレーブノード122〜126はローカルクロック時間を調節するためにタイムスタンプを用いる。従って、スレーブノード122〜126は自身のローカルで生成したローカルタイムスタンプをマスターノード110に送信する(S202)。
このとき、ローカルタイムスタンプにはスレーブノードがローカルタイムスタンプを送信した時間が含まれている。
ここで、マスターノード110が送信した応答タイムスタンプには、スレーブノードがローカルタイムスタンプをマスターノードに送信した時間、マスターノードがスレーブノードからローカルタイムスタンプを受信した時間、及びマスターノードが応答タイムスタンプをスレーブノードに送信した時間が含まれている。
タイムスタンプ回路は、受信された応答タイムスタンプと自走ローカルクロックによって生成されたローカルタイムスタンプとを用いて数式1のようにデルタタイム値(Uk)を算出し、その値をデジタル低域通過フィルタを使用してフィルタリングする(S206)。すなわち、スレーブノードは、応答タイムスタンプに含まれているローカルタイムスタンプをマスターノードに送信した時間、マスターノードがスレーブノードからローカルタイムスタンプを受信した時間、及びマスターノードが応答タイムスタンプをスレーブノードに送信した時間を用いてデルタタイム値を算出するのである。
S208ステップにおいて、デジタル低域通過フィルタによって算出されたオフセット値は、同期時間を維持するためにローカルクロック時間に加算される(S210)。
スレーブノードがタイムスタンプの変換に基づいてデルタタイム値を計算するとき、その値は低域通過フィルタ(DLPF)に入力される。変更されたタイムスタンプに基づいて新たなデルタタイム値が計算され、以前のオフセットはデジタル低域通過フィルタに入力される。しかし、フィルタの状態は以前のデルタタイム値に基づいて現在状態と同等になる。
スレーブノード122〜126は、自走ローカルクロックに基づいたタイムスタンプと、以前タイムスタンプの修正に基づいたタイムスタンプとに基づいてマスターノードとのタイム同期を取るようになる。
122,124,126 スレーブノード
Claims (13)
- 自走ローカルクロック(free-running local clock)に基づいたローカルタイムスタンプをスレーブノードからマスターノードに送信するタイムスタンプ送信ステップと、
前記マスターノードから前記スレーブノードが応答タイムスタンプを受信する応答タイムスタンプ受信ステップと、
前記応答タイムスタンプに基づいて前記スレーブノードがデルタタイム値を算出するタイム値算出ステップと、
前記自走ローカルクロックレートで動作するデジタル低域通過フィルタを用いて、前記スレーブノードが前記デルタタイム値をフィルタリングするタイム値フィルタリングステップと、
フィルタリングされた前記デルタタイム値に基づいて前記スレーブノードがローカルクロック時間を調節するローカルクロック調節ステップと、を含み、
前記デルタタイム値は、
によって算出し、
は前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間を示し、
は前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間を示し、
は前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間を示し、
は前記マスターノードから前記応答タイムスタンプを受信した時間を示す
ことを特徴とするタイムスタンプを用いたタイム同期方法。 - 前記タイムスタンプ送信ステップにおいて、前記ローカルタイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間が含まれている
ことを特徴とする請求項1に記載のタイムスタンプを用いたタイム同期方法。 - 前記応答タイムスタンプ受信ステップにおいて、前記応答タイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間、前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間、及び前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間が含まれている
ことを特徴とする請求項1に記載のタイムスタンプを用いたタイム同期方法。 - 前記ローカルクロック調節ステップは、前記デルタタイム値を用いてオフセット値を算出し、算出した前記オフセット値に応じて前記ローカルクロック時間を調節する
ことを特徴とする請求項1に記載のタイムスタンプを用いたタイム同期方法。 - 自走ローカルクロック(free-running local clock)に基づいたローカルタイムスタンプを生成して送出し、受信された応答タイムスタンプとデジタル低域通過フィルタとに基づいてデルタタイム値を算出し、前記デルタタイム値に基づいてローカルクロック時間を調節するスレーブノードと、
前記スレーブノードから前記ローカルタイムスタンプを受信し、受信した前記ローカルタイムスタンプに基づいて前記応答タイムスタンプを生成した後、前記スレーブノードに送信するマスターノードと、を含み、
前記デルタタイム値は、
によって算出し、
は前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間を示し、
は前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間を示し、
は前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間を示し、
は前記マスターノードから前記応答タイムスタンプを受信した時間を示す
ことを特徴とするタイム同期装置。 - 前記スレーブノードが送出した前記ローカルタイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間が含まれている
ことを特徴とする請求項7に記載のタイム同期装置。 - 前記応答タイムスタンプには、前記ローカルタイムスタンプを前記マスターノードに送信した時間、前記マスターノードが前記ローカルタイムスタンプを受信した時間、及び前記マスターノードが前記応答タイムスタンプを送信した時間が含まれている
ことを特徴とする請求項7に記載のタイム同期装置。 - 前記スレーブノードは、前記ローカルクロック時間の調節時に、前記デルタタイム値を用いてオフセット値を算出し、算出した前記オフセット値に応じて前記ローカルクロック時間を調節する
ことを特徴とする請求項7に記載のタイム同期装置。 - 前記フィルタ伝送関数は、前記フィルタ係数の組み合わせによる関数である
ことを特徴とする請求項11に記載のタイム同期装置。 - 前記スレーブノードは、前記デジタル低域通過フィルタを介して前記デルタタイム値を算出し、前記デルタタイム値を前記デジタル低域通過フィルタのフィルタ係数と組み合わせてオフセット値を算出する
ことを特徴とする請求項7に記載のタイム同期装置。
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