JP6132734B2 - 時刻同期システム及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ネットワークシステムの時刻同期方式に関するものである。
高精度な時刻同期が要求される構成として、例えば携帯電話網の基地局装置間の時刻同期が挙げられる。この携帯電話網の基地局装置間の時刻同期は、周波数同期を取るためハンドオーバー時の基地局装置間での同期を取る必要がある。従来、高精度な時刻同期を実現するために各基地局は各々GPS(Global Positioning System:以下GPSと称する)受信アンテナを備え、人工衛星から同報される時刻信号を受信し時刻同期を行っている。しかし基地局の中にはGPS衛星からの電波を直接受信出来ない場所(一例として地下など)に設置されるものもあり、GPSによる時刻同期が現実的に困難なケースも存在する。これに対応するため、時刻同期方式の代表的なプロトコルとして、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers:以下IEEEと称する)により規格化された高精度に時刻同期を実現するIEEE1588によるパケットベースでの時刻同期を行う方式がある。
IEEE1588プロトコルでは、Master装置とSlave装置間でPTP(Presition Time Protocol:以下PTPと称する)メッセージを送受信してMaster装置とSlave装置との時刻同期を実現している。
図6は、Master装置1に128台のSlave装置2が接続された場合のIEEE1588プロトコルでの時刻同期シーケンスの概要を示したものである。本図によりIEEE1588プロトコルの時刻同期動作について述べる。
まず、接続された二つの装置間で情報の授受を行う場合、二つの装置間の伝送距離に応じた伝送路遅延が発生する。この為、ある時点の時刻情報をもつメッセージを送信した場合、該メッセージを受信する際には伝送路遅延分の遅れを考慮する必要がある。IEEE1588ではこの点に留意し、二つの装置間の時刻のずれと伝送路遅延を検出し時刻補正を行う方式をとっている。
IEEE1588プロトコルでは、時刻同期の元となる情報を提供する装置をMaster装置1、提供された時刻情報に従属し動作する装置をSlave装置2としている。本図では、IEEE1588プロトコルの解説にあたりシーケンス図を使用しており、Master装置のMaster時刻とSlave装置のSlave時刻の間でPTPメッセージの授受を行う様子を時系列に記述している。
Master装置1は、周期的にIEEE1588プロトコルによってPTPメッセージを送信する。PTPメッセージはMasterによって決定する送信間隔によって送受信され、Master装置1は先ずPTPメッセージ送信時点のMaster時刻情報t1を記録しSyncメッセージ101をマルチキャストでSlave装置#1からSlave装置#128へ送出する。各Slave装置2では、Syncメッセージ101を受信し、受信した時点のSlave時刻t2を記録する。この時点で、Slave装置#1からSlave装置#128は、Master装置1がSyncメッセージ101を送出した時刻t1とSyncメッセージ101を受信した時刻t2の情報を得る。この二つの時刻情報の間の差を計算することにより、Slave装置2は、Master装置1からSlave装置2へ伝達する方向について、Master時刻とSlave時刻のずれと伝送路遅延の和の時刻を得る。
続いて、Slave装置#1からSlave装置#128は、Delay_Reqメッセージ102をMaster装置へ送出するとともに、Delay_Reqメッセージ102を送出した時刻t3を記録する。Delay_Reqメッセージ102を受信したMaster装置1は、受信した時点の時刻t4を記録し、Delay_Respメッセージ103に時刻情報t4を記載してSlave装置に送出する。これにより、各Slave装置は、Delay_Reqメッセージ102を送出した時刻t3と、Master装置1がDelay_Reqメッセージ102を受信した時刻t4の情報を得る。この二つの時刻情報の間の差を計算することにより、Slave装置2は、Slave装置からMaster装置1へ伝達する方向について、Master時刻とSlave時刻のずれと伝送路遅延の和の時刻を得る。
また、ここで得られる時刻情報と先ほどのSyncメッセージ101により得られる時刻情報の和は、伝送路遅延の二倍の時刻に相当し、各々の時刻の差はMaster時刻とSlave時刻のずれの二倍の時間に相当する。また、IEEE1588プロトコルの遅延計算では、Master装置1から各Slave装置、各Slave装置からMaster装置1の両方向の伝送路遅延が対称であると仮定し単一方向の伝送路遅延を算出することにより時刻同期を実現する。
つまり、伝送路遅延及びMaster装置1と各Slave装置間の時間差(時刻のずれ)を以下の様に求めることが出来る。
{(t2−t1)+(t4−t3)}/2=伝送路遅延・・・(1)
{(t2−t1)−(t4−t3)}/2=Master装置1と各Slave装置間の時間差・・・(2)
以上の情報により、各Slave装置では、Master時刻とSlave時刻との間の伝送路遅延と、Master装置1と各Slave装置間の時刻差を用いて、Slave時刻をMaster時刻に従属して動作することが可能となる。
尚、上記(1)及び(2)により算出する値を「伝送路遅延量」と定義する。
高精度なクロック同期を必要とするテレコムネットワークでの適用も検討され始め、非特許文献1に示される様に、PTPメッセージの送受信間隔を短縮して時刻補正の間隔を短縮することにより時刻同期の精度を高める方向での検討が進められている。また、IEEE1588プロトコルは1台のMaster装置に対し複数台のSlave装置を接続することが可能なプロトコルであり、時刻同期を実現する環境において、設備投資費用の低減のため1台のMaster装置に従属するSlave装置数は可能な限り多数とした上で、適用するシステムにより要求される時刻精度を満足することが可能なシステムの実現が求められる。
特開2012−204912
IEEE1588TM Telecommunications Applications(URL −> http://ieee1588.nist.gov/tutorial−telcom.pdf)15頁ないし17頁
上述した通りIEEE1588による時刻同期方式では、時刻精度向上のためにPTPメッセージ送受信間隔を短縮しつつ、設備投資低減のため、1台のMaster装置に対して多数のSlave装置で構成することが求められる。1台のMaster装置に接続されるSlave装置を増加させ、非特許文献1で検討される時刻補正間隔を短縮すると、PTPメッセージは頻繁に主信号トラフィックで送受信されることになり、主信号トラフィックに占めるPTPメッセージの比率が高まりネットワークの負荷が増大する課題が生じる。また同時に、多数のSlave装置を1台のMaster装置に接続することから、Master装置は頻繁に送受信されるPTPメッセージを1台で処理することとなりCPU負荷が増大するという課題も生じる。
ネットワークトラフィックの負荷増大を抑制するため、例えば特許文献1では、Master装置は、Slave装置のクロック変動情報を取得し、Slave装置の要求時刻精度に基づいて各Slave装置のPTPメッセージ送受信間隔を調整し決定する方式が開示されている。上述した特許文献1では、Slave装置のクロック変動量によりPTPメッセージの送信間隔を決定することにより、PTPメッセージの送信間隔を適切に調整し、ネットワークトラフィックの軽減を実現している。しかしながら、PTPメッセージ送信間隔が長くなることにより、ネットワーク環境によってPTPフレームが消滅してしまった場合に次のPTPメッセージを受信するまでの間隔が長くなるため、時刻精度が低下してしまうことになる。
本発明が解決しようとする課題は、例えばIEEE1588プロトコルを実装したMaster装置となる1台の無線基地局に対し多数の端末がSlave装置として接続されるシステムにおいて、Master装置が多数のSlave装置とPTPメッセージを頻繁に送受信することによりネットワーク負荷が増大する点、及び、Master装置が頻繁にPTPメッセージの処理を行うことによるMaster装置の処理負荷の増大する点である。
マスタ装置と複数のスレーブ装置とを備えた時刻同期システムであって、マスタ装置は、複数のスレーブ装置との間でメッセージを送受信するメッセージ送受信部と、マスタ装置と複数の各スレーブ装置との最大許容時刻差である要求時刻精度とマスタ装置と複数の各スレーブ装置との伝送路遅延量とを保持し、要求時刻精度が同一であるスレーブ装置のうち、伝送路遅延量が要求時刻精度以下であるスレーブ装置をグループ化し、グループ内でマスタ装置との間の伝送路遅延量がマスタ装置と各スレーブ装置の伝送路遅延量の平均に最も近いスレーブ装置をグループの代表スレーブ装置に選定し、複数のスレーブ装置に所属グループおよび代表スレーブ装置か否かを通知するメッセージをメッセージ送受信部を介して送信するグループ制御部と、を備え、複数のスレーブ装置は、マスタ装置から所属グループおよび代表スレーブ装置か否かを通知するメッセージを受信して、所属グループおよび代表スレーブ装置であるか否かの状態を管理し、マスタ装置は、第1の時刻同期用メッセージを代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置に送信し、代表スレーブ装置から第1の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第2の時刻同期用メッセージを受信し、第2の時刻同期用メッセージを処理し、第2の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第3の時刻同期用メッセージを代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置に送信し、代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置は、第1の時刻同期用メッセージ及び第3の時刻同期用メッセージに含まれる情報に基づいて、自己の保持する時刻を補正することを特徴とする。
本発明によると、1台のMaster装置の配下に多数のSlave装置が接続される構成において、時刻同期の精度を下げることなく、ネットワークトラフィックの負荷を低減及び、Master装置のPTPメッセージの処理負荷の低減を実現できるという効果がある。
時刻同期網のシステム構成図の例である。 Master装置のブロック図である。 Slave装置のブロック図である。 本発明の形態における初期設定フローチャートである。 Group状態管理テーブルの例である。 Slave装置128台における時刻同期シーケンスである。 同一Groupで構成する時刻同期シーケンスの例である。 複数Groupで構成する時刻同期シーケンスの例である。 Group対応装置と非対応装置混在の時刻同期シーケンス例である。
以下、実施例は図面を用いて説明する。尚、以下、IEEE1588による時刻同期方式を用いて説明するが、IEEE1588は一例であり、本願はこれに限られるものではない。
図1は、本実施の形態におけるMaster装置が、グループ化した複数台のSlave装置を配下に有する時刻同期網システム構成図の例である。
本例における時刻同期システムは、時刻同期システムのMasterとなるMaster装置1、Master装置1の時刻に従属同期し動作するSlave機能を有するSlave装置2、各グループ内の各Slave装置とMaster装置の間の伝送路遅延量の平均に最も近い伝送路遅延量を有し、Master装置とPTPメッセージの送受信を実施する代表Slave装置3から構成される。
Master装置1は、本システムにおいて主となる時刻情報を有する装置であり、IEEE1588のMaster装置として動作する。Master装置1は、時刻同期網システムにより決定される、Master装置と各Slave装置の時刻差の最大許容時刻差である要求時刻精度と、Slave装置2から取得したMaster装置1に対する伝送路遅延量と、に基づいてSlave装置2((代表Slave装置に選定されるSlave装置を含む))のGroup分割を決定する機能を有する。また、Master装置1は、Group内のSlave装置2から代表Slave装置3を決定する機能と、配下に有するSlave装置2及び代表Slave装置3に所属Groupと代表Slave装置3か否かを通知する機能を有する。
Slave装置2は、Master装置1と代表Slave装置3が送受信するPTPメッセージに従属して時刻同期を実現するSlave装置として動作するとともに、Master装置1から受信するグループ対応メッセージ及びグループ通知メッセージにより所属グループの管理及び代表Slave装置か否かを管理する機能を有する。
代表Slave3は、Master装置1と送受信するPTPメッセージによりMaster装置1の時刻に従属同期して動作するともに、Master装置1から受信するグループ対応メッセージ及びグループ通知メッセージにより所属グループの管理及び代表Slave装置か否かを管理する機能を有する。
図2は本発明の実施の形態であるグループ化による時刻同期網システムを構成するMaster装置1のブロック図である。
Master装置1は、PTPメッセージの送受信を行うPTPメッセージ送受信部11と、PTPメッセージの受信タイムアウトをカウントするタイムカウンタ部12と、Master装置で管理する時刻情報とSlave装置2と代表Slave装置3とのグループ状態によりPTPメッセージを生成するPTPメッセージ生成部13と、PTPメッセージの解析及び時刻情報の管理を行うPTPメッセージ管理制御部14を含む。
PTPメッセージ管理制御部14は、受信したPTPメッセージを解析するPTPメッセージ解析部15と、解析した時刻情報を管理する時刻情報管理部16と、Slave装置2(代表Slave装置に選定されるSlave装置を含む)から取得したMaster装置1に対する伝送路遅延量と後述するグループ状態管理テーブル18で保持する要求時刻精度とに基づいてSlave装置2(代表Slave装置に選定されるSlave装置を含む)の所属グループを制御するグループ制御部17と、Slave装置2(代表Slave装置に選定されるSlave装置を含む)から取得した伝送路遅延量と要求時刻精度から各グループの状態を管理するグループ状態管理テーブル18と、を備える。
図3は本発明の実施の形態である時刻同期網システムを構成するSlave装置2のブロック図である。
Slave装置2は、PTPメッセージの送受信を行うPTPメッセージ送受信部21、Slave装置2にて管理する時刻情報と所属グループ状態とに基づいてPTPメッセージを生成するPTPメッセージ生成部22と、PTPメッセージの解析及び時刻情報の管理を行うPTPメッセージ管理制御部23を含む。
PTPメッセージ管理制御部23は、受信したPTPメッセージを解析するPTPメッセージ解析部24と、解析した時刻情報を管理し、時刻補正を行う時刻情報管理部25と、自装置の所属グループと代表Slaveか否かを管理するSlave状態管理部26と、を備える。
図5は、本発明の実施の形態におけるグループ状態管理テーブル18の一例である。グループ状態管理テーブルは、Master装置1に接続されるSlave装置2の識別番号と、Slave装置2がグループ化に対応する装置であるか否かを示す情報と、システムにより各Slave装置2に設定される要求時刻精度と、後述する手段により取得したSlave装置2のと、各Slave装置2の所属グループと、代表Slave装置であるか否かを示す情報と、を管理する。
図4は、本発明の実施の形態におけるMaster装置1とSlave装置2の初期設定のフローチャートである。Master装置1が起動した後、Master装置1に時刻同期網システムの要求時刻精度を設定する(ステップ31)。要求時刻精度を設定されたMaster装置1のPTPメッセージ生成部10は、接続されているSlave装置2がグループ化対応装置か非対応装置かを判定するため、グループ対応メッセージを生成し、PTPメッセージ送受信部は、配下のSlave装置2に対して生成したグループ対応メッセージを送信する(ステップ32)。ここで、配下のSlave装置2とは、グループ状態管理テーブル18に登録されているSlave装置であり、代表となるSlave装置も含む。
PTPメッセージ送受信部がグループ対応メッセージを送信すると、タイムカウンタ部12は、受信タイマを起動し、Slave装置2から応答を待機する(ステップ33)。Master装置1のPTPメッセージ送受信部11は、Slave装置2から応答メッセージを受信した場合、該Slave装置はグループ化対応装置であると判定し、グループ状態管理テーブル18を更新する(ステップ37)。また、Master装置1のPTPメッセージ送受信部11は、Slave装置2からの応答メッセージ受信しない場合、受信タイマの満了をもって応答の無いSlave装置はGroup化非対応装置と判定しGroup状態管理テーブル18を更新する(ステップ35、36、37)。
Master装置1のPTPメッセージ解析部15は、Slave装置2から自装置に対する伝送路遅延量を取得し、Group状態管理テーブル18を更新する(ステップ38)。Slave装置2から取得するMaster装置1に対する伝送路遅延量は、Master装置1とSlave装置2との間の物理的距離、経路遅延測定、光受動網システム(Passive Optical Network system)のレンジング機能によるMaster装置1とSlave装置2との間の距離測定、または、Slave装置2からMaster装置1への時刻精度の応答などにより取得できる。グループ制御部17は、グループ状態管理部に格納された要求時刻精度とMaster装置1に対するSlave装置2の伝送路遅延量とに基づいて各Slave装置2の所属グループ決定を行い(ステップ39)、各グループ内におけるMaster装置1に対する各Slave装置2間の伝送路遅延量の平均値に最も近いSlave装置2を代表Slave3に選定する(ステップ40)。
ここで、グループ制御部17が実行するステップ39のグループ決定処理及びステップ40の代表Slave装置の選定処理を図5を用いて説明する。グループ制御部17は、グループ状態管理テーブルにより管理する要求時刻精度を参照して要求時刻精度が同一の装置を選択する。次に、要求時刻精度が同一の装置のうち、各Slaveの伝送路遅延量が要求時刻精度の範囲内にあるかどうかを判定し、要求時刻精度の範囲内である要求時刻精度が同一の装置を同一Groupとして選定する。
図5のグループ状態管理テーブルでは、Slave#1、Slave#2、及び、Slave#3の装置の要求時刻精度が10μsで、Slave#1 、Slave#2、及び、Slave#3の伝送路遅延量がそれぞれ0.2μs、1.8μs、1.0μsである場合、各Slave装置2の伝送路遅延量(0.2μs、1.8μs、1.0μs)は要求時刻精度10μsの範囲内であるため、1つの識別グループであるGroupAに選定する。また、グループ制御部17は、各Slave装置#1、#2、及び、#3の伝送路遅延量の平均に最も近いSlave#3を代表Slaveに選定する。ここで、Slave装置#1、#2、及び、#3の伝送路遅延量の平均に最も近いSlave装置を代表Slaveとすることにより、Group内の伝送路遅延量における最大値と最小値の時刻補正量が小さくなる効果が得られる。グループ制御部17は、他グループについても同様に要求時刻精度とSlave装置2から取得した伝送路遅延量とに基づいてグループ及び代表Slave装置を決定する。ただし、例えば、Slave装置#7は要求時刻精度が0.5μsであり高精度な時刻精度が要求される。よって、任意に設定した閾値によってSlave#7はグループ化せず、Master装置と1対1でPTPメッセージを送受信することにより、Slave#7はより要求時刻精度を乱す時刻補正の実現が可能である。また、Slave装置#8は遅延量が要求時刻精度の範囲を逸脱していることからグループ化せずMaster装置と1対1でPTPメッセージの送受信を行う。
Slave装置2の所属グループを決定し、代表Slave3を選定すると、Master装置1のPTPメッセージ送受信部11は、通知メッセージにより配下に有するSlave装置2に対し所属グループと代表Slave3であるか否かを通知すると共に、タイムカウンタ部12は、受信タイマを起動し代表Slave装置3からの応答を待機する。
Master装置1のPTPメッセージ送受信部11が代表Slave装置3から応答メッセージを受信した場合、Master装置1は、初期設定が完了したと判定し時刻同期シーケンスを開始する。また、Master装置1のPTPメッセージ送受信部11が代表Slave装置3からの応答メッセージ受信しない場合、受信タイマの満了をもってSlave装置1のグループ制御部17は、代表Slave装置3の再選定を行い、PTPメッセージ送受信部11は、再度通知メッセージによる代表Slave3と所属Groupの通知を行う。
図7は、本発明の実施の形態において、1台のMaster装置1にSlave装置2が128台接続され、全Slave装置が同一Groupである場合のPTPメッセージの動作を示した初期設定フローを完了した後の時刻同期シーケンスの一例である。
時刻同期網システムは、Master装置1とSlave装置2、及び代表Slave装置3により構成される。
Master装置1は、Master装置1によって決定する送信間隔によって、先ずPTPメッセージ送信時点のMaster時刻情報T1を記録したSyncメッセージ101をマルチキャストでSlave装置#1からSlave装置#128へ送出する。各Slave装置は、Syncメッセージ101を受信し、受信した時点のSlave時刻T2を記録する。この時点で、Slave装置#1からSlave装置#128は、Master装置1がSyncメッセージ101を送出した時刻T1と各Slave装置がSyncメッセージ101を受信した時刻T2の情報を得る。この二つの時刻情報の時刻の差を計算することにより、各Slave装置2は、Master装置1からSlave装置2へ伝達する方向について、Master装置1が保持する時刻と各Slave装置が保持する時刻のずれの時刻(時刻1)を得る。続いて、代表Slave装置3は、Delay_Reqメッセージ104を送出した時刻T3−1を自装置で記録するとともに、時刻T3−1を格納したDelay_Reqメッセージ104をMaster装置1へ送出する。Delay_Reqメッセージ104を受信したMaster装置1は、受信した時点の時刻T4−1を記録し、時刻T3−1と時刻T4−1を格納したDelay_Respメッセージ105を配下の各Slave装置にマルチキャスト送信する。各Slave装置2は受信したDelay_Respメッセージ105を解析し自Groupである場合、Delay_Respメッセージ105に格納された時刻T3−1及び時刻T4−1を記録する。これにより、Master装置1に接続される代表Slave装置3以外のSlave装置2は、代表Slave装置3がDelay_Reqメッセージ104を送出した時刻T3−1と、Master装置1がDelay_Reqメッセージ105を受信した時刻T4−1の情報を得る。この二つの時刻情報の間の差を計算することにより、Slave装置2は、Slave装置2からMaster装置1へ伝達する方向について、Master装置1が保持する時刻と代表Slave装置3が保持する時刻のずれと伝送路遅延量との和の時刻(時刻2)を得る。
また、上述した内容により得られる(時刻1)と(時刻2)の和は伝送路遅延量の二倍の時刻に相当し、(時刻1)と(時刻2)の差はMaster時刻とSlave時刻のずれの二倍の時間に相当する。また、IEEE1588プロトコルの遅延計算では、Master装置からSlave装置、Slave装置からMaster装置への両方向の伝送路遅延が対称であると仮定し単一方向の伝送路遅延を算出することにより時刻同期を実現する。
つまり、伝送路遅延及びMaster装置1とSlave装置2間の時間差(時刻のずれ)を以下の様に求めることが出来る。
{(時刻1)+(時刻2)}/2= 伝送路遅延
{(時刻1)−(時刻2)}/2= Master装置とSlave装置間の時間差
以上の情報により、Slave装置2は、Master1の時刻とSlave装置2の時刻の伝送路遅延と、Master装置1とSlave装置2間の時間差を算出する。Slave装置2の時刻情報管理部25は、算出したMaster1の時刻とSlave装置2の時刻の伝送路遅延と、Master装置1とSlave装置2間の時間差と用いて自己の保持する時刻を補正する。これにより、Slave時刻をMaster時刻に従属して動作することが可能となる。
各Slave装置では、Master装置1が保持する時刻と代表Slave装置3が保持する時刻との間の伝送路遅延量と、Master装置1と代表Slave装置3間の時刻差を用いて、Slave装置が保持する時刻をMaster装置1で保持する時刻に従属して動作することが可能となる。
上述した手段により1台のMaster装置1に複数台のSlave装置2で構成される時刻同期システムにおいて、Master装置1からSyncメッセージ101を受信すると代表Slave装置3はDelay_Reqメッセージ104を送信するが、代表以外のSlave装置2はDelay_Reqメッセージ104を送信しない。代表以外のSlave装置3は、Delay_Respメッセージ105を受信することにより、時刻t3及び時刻t4を取得し、時刻補正を実行することが可能である。よって、ネットワーク全体のネットワーク負荷を抑制することが可能である。また、Master装置1は、代表Slave装置3から受信するDelay_Reqメッセージ104のみを処理すればよい。Master装置1はPTPメッセージ受信時、PTPメッセージ生成、メッセージ解析、時刻情報制御の処理をソフトウェアで行うため、例えば1台のMaster装置に128台のSlave装置が接続されるシステムにおいて、メッセージ送信間隔が最短である7.8msで、処理時間が0.01msである場合、Group化非適用システムではCPUの処理時間は常に約16.4%(=0.01ms*128台/7.8ms)占有される。これに対しGroup化適用システムでは、代表SlaveからのみPTPメッセージを受信することからCPUの処理時間は約0.1%(=0.01ms/7.8ms)となり大幅に改善される。
図8は、本発明の実施の形態にいて1台のMaster装置1にSlave装置2が128台接続され、Slave装置がそれぞれ64台で構成される2つのGroupの場合のPTPメッセージの動作を示した初期設定フローを完了した後の時刻同期シーケンスの一例である。
Master装置1とSlave装置2、及びGroupA及びGroupBの代表Slave装置3により構成される。Master装置1はPTPメッセージ送信時点のMaster時刻情報1を記録しSyncメッセージ101をマルチキャストで各Slave装置へ送出する。各Slave装置はSyncメッセージ101を受信し、受信した時点のSlave装置の時刻T2をそれぞれ記録する。この時点で、各Slave装置は、Master装置1がSyncメッセージ101を送出した時刻T1と自装置でSyncメッセージ101を受信した時刻T2の情報を得る。
続いて、GroupA及びGroupBの代表Slave装置3-A,3-Bは、Delay_Reqメッセージ104を送出した時刻T3-1A、T3-1Bをそれぞれ記録するとともに、それぞれ時刻T3-1A、T3-1Bを格納したDelay_Reqメッセージ104をMaster装置1へ送出する。Delay_Reqメッセージ104を受信したMaster装置1は、受信した時点の時刻T4-1A、T4-1Bを記録し、時刻T3-1Aと時刻T4-1Aを格納したDelay_Respメッセージ#A105及び時刻T3-1Bと時刻T4-1Bを格納したDelay_Respメッセージ#B105を配下の各Slave装置にマルチキャスト送信する。各Slave装置2は受信したDelay_Respメッセージ105を解析し自Groupである場合、Delay_Respメッセージ105に格納された時刻T3−1AまたはT3−1B及び時刻T4―1AまたはT4−1Bを記録し、自Group以外である場合Delay_Respメッセージ105を廃棄する。これにより、Master装置1に接続される代表Slave装置3以外のSlave装置2は、代表Slave3がDelay_Reqメッセージ104を送出した時刻T3−1AまたはT3−1Bと、Master装置1がDelay_Reqメッセージ105を受信した時刻T4―1AまたはT4−1Bの情報を得る。このとき、Master装置1はPTPメッセージ受信時、PTPメッセージ生成、メッセージ解析、時刻情報制御の処理をソフトウェアで行うため、1台のMaster装置の配下に2つのGroupで構成される場合、2台の代表SlaveとのみPTPメッセージを送受信することからCPUの処理時間は約0.3%(=0.01ms*2台/7.8ms)となる。 図9は、本発明の実施の形態にいて1台のMaster装置1にSlave装置2が128台接続され、Slave装置が64台で構成される1つのGroupと64台のGroup化非対応装置で構成され場合のPTPメッセージの動作を示した初期設定フローを完了した後に実行される時刻同期シーケンスの一例である。
Master装置1とSlave装置2、及び1台の表Slave装置3により構成される。Master装置1はPTPメッセージ送信時点のMaster時刻情報T1を記録しSyncメッセージ101をマルチキャストで各Slave装置へ送出する。各Slave装置はSyncメッセージ101を受信し、受信した時点のSlave時刻T2を記録する。この時点で、各Slave装置は、Master装置1がSyncメッセージ101を送出した時刻T1とSyncメッセージ101を受信した時刻T2の情報を得る。
続いて、Group内の代表Slave装置3は、Delay_Reqメッセージ104を送出した時刻t3を記録するとともに、時刻T3を格納したDelay_Reqメッセージ104をMaster装置1へ送出する。また、Slave装置#1からSlave装置#64は、Delay_Reqメッセージ102をMaster装置へ送出するとともに、Delay_Reqメッセージ102を送出した時刻T3を記録する。
Delay_Reqメッセージ102を受信したとき、Master装置1は、受信した時点の時刻T4を記録し、Delay_Respメッセージ103に時刻情報t4を記載してSlave装置に送出する。これにより、各Slave装置は、Delay_Reqメッセージ102を送出した時刻T3と、Master装置1がDelay_Reqメッセージ102を受信した時刻T4の情報を得る。また、Delay_Reqメッセージ104を受信したMaster装置1は、受信した時点の時刻T4を記録し、時刻T3と時刻T4を格納したDelay_Respメッセージ105を配下の各Slave装置にマルチキャスト送信する。各Slave装置2は受信したDelay_Respメッセージ105を解析し自Groupである場合、Delay_Respメッセージ105に格納された時刻t3及び時刻T4を記録し、自Group以外である場合Delay_Respメッセージ105を廃棄する。これにより、Master装置1に接続される代表Slave装置3以外のSlave装置2は、代表Slave3がDelay_Reqメッセージ104を送出した時刻T3と、Master装置1がDelay_Reqメッセージ105を受信した時刻T4の情報を得る。このとき、Master装置1はPTPメッセージ受信時、PTPメッセージ生成、メッセージ解析、時刻情報制御の処理をソフトウェアで行うため、1台のMaster装置の配下が1つのGroupと64台のSlave装置2で構成される場合、1台の代表Slaveと64台のSlave装置2とPTPメッセージを送受信することからCPUの処理時間は約8.3%(=0.01ms*65台/7.8ms)となる
1 Master装置
2 Slave装置
3 代表Slave装置
11 PTPメッセージ送受信部
12 タイムカウンタ部
13 PTPメッセージ生成武
14 PTPメッセージ管理制御部
15 PTPメッセージ解析部
16 時刻情報管理部
17 Group制御部
18 Group状態管理テーブル
21 PTPメッセージ送受信部
22 PTPメッセージ生成部
23 PTPメッセージ管理制御部
24 PTPメッセージ解析部
25 時刻情報管理部
26 Slave状態管理部
101 Syncメッセージ
102 Delay_Reqメッセージ
103 Delay_Respメッセージ
104 Group対応Delay_Reqメッセージ
105 Group対応Delay_Respメッセージ

Claims (7)

  1. マスタ装置と複数のスレーブ装置と備えた時刻同期システムであって、
    前記マスタ装置は、前記複数のスレーブ装置との間でメッセージを送受信するメッセージ送受信部と、前記マスタ装置と前記複数の各スレーブ装置との最大許容時刻差である要求時刻精度と前記マスタ装置と前記複数の各スレーブ装置との伝送路遅延量とを保持し、前記要求時刻精度が同一であるスレーブ装置のうち、前記伝送路遅延量が前記要求時刻精度以下であるスレーブ装置をグループ化し、前記グループ内で前記マスタ装置との間の伝送路遅延量が前記マスタ装置と各スレーブ装置の伝送路遅延量の平均に最も近いスレーブ装置を前記グループの代表スレーブ装置に選定し、前記複数のスレーブ装置に所属グループおよび前記代表スレーブ装置か否かを通知するメッセージを前記メッセージ送受信部を介して送信するグループ制御部と、を備え、
    前記複数のスレーブ装置は、前記マスタ装置から前記所属グループおよび前記代表スレーブ装置か否かを通知するメッセージを受信し所属グループおよび前記代表スレーブ装置であるか否かの状態を管理し
    前記マスタ装置は、第1の時刻同期用メッセージを前記代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置に送信し、前記代表スレーブ装置から前記第1の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第2の時刻同期用メッセージを受信し、前記第2の時刻同期メッセージを処理し、前記第2の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第3の時刻同期用メッセージを前記代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置に送信し、
    前記代表スレーブ装置および代表以外の複数のスレーブ装置は、前記第1の時刻同期用メッセージ及び第3の時刻同期用メッセージに含まれる情報に基づいて、自己の保持する時刻を補正することを特徴とする時刻同期システム。
  2. 請求項1に記載の時刻同期システムであって、
    前記複数のスレーブ装置は、グループ化に対応するスレーブ装置と、グループ化に対応しないスレーブ装置を含み、
    前記マスタ装置は、前記時刻同期システムの初期設定時に、前記複数のスレーブ装置にグループ化対応装置か非対応装置かを判定するためのメッセージを前記メッセージ送受信部を介して送信し、前記グループ化対応装置か非対応装置かを判定するためのメッセージに対する応答メッセージを送信してきたスレーブ装置をグループ化対応装置と判定し、応答メッセージを送信しないスレーブ装置をグループ化非対応装置と判定し、グループ状態の管理を行うことを特徴とする時刻同期システム。
  3. 請求項に記載の時刻同期システムであって、
    前記マスタ装置は、前記複数のスレーブ装置の要求時刻精度と前記マスタ装置と各スレーブ装置との伝送路遅延量とに基づいて、要求時刻精度が予め定めた値以下のスレーブ装置はグループ化せず前記マスタ装置と1対1で時刻同期用メッセージの送受信を行うことを特徴とする時刻同期システム。
  4. 請求項1に記載の時刻同期システムであって、
    前記グループ化されたスレーブ装置のうち、代表スレーブ装置以外のスレーブ装置は、
    前記マスタ装置が前記第1の時刻同期用メッセージに格納した第1の時刻同期用メッセージを送出する際の時刻、自装置が前記第1の時刻同期用メッセージを受信した時刻、前記代表スレーブ装置が第2の時刻同期用メッセージに格納した前記代表スレーブ装置が前記第2の時刻同期用メッセージを送出した時刻、及び、前記マスタ装置が前記第3の時刻同期用メッセージに格納した前記マスタ装置が前記第2の時刻同期用メッセージを受信した時刻に基づいて、前記自己の保持する時刻を補正することを特徴とする時刻同期システム。
  5. 複数のスレーブ装置と接続される時刻同期システムにおけるマスタ装置であって、
    前記複数のスレーブ装置との間でメッセージを送受信するメッセージ送受信部と、
    要求時刻精度と前記マスタ装置と各スレーブ装置との伝送遅延量とに基づいて、前記複数のスレーブ装置をグループ化するグループ制御部と、を備
    前記グループ制御部は、
    前記グループ内で、該マスタ装置との間の伝送路遅延量が、該マスタ装置と各スレーブ装置の伝送路遅延量の平均に最も近いスレーブ装置を前記代表スレーブ装置に選定するとともに各スレーブ装置との間の伝送路遅延量及び、各スレーブ装置毎に要求時刻精度を保持し、前記要求時刻精度が同一であるスレーブ装置のうち、前記伝送路遅延量が前記要求時刻精度以下であるスレーブ装置を同一のグループにグループ化することを特徴とするマスタ装置。
  6. マスタ装置と複数のスレーブ装置と接続される時刻同期システムにおけるスレーブ装置であって、
    前記複数のスレーブ装置は予め前記マスタ装置に初期設定された前記複数のスレーブ装置の要求時刻精度および前記マスタ装置と各スレーブ装置との伝送路遅延量とに基づいてグループ化され、前記グループ内で、該マスタ装置との間の伝送路遅延量が、該マスタ装置と各スレーブ装置の伝送路遅延量の平均に最も近いスレーブ装置が前記代表スレーブ装置に選定され、前記マスタ装置から前記複数のスレーブ装置に所属グループおよび前記代表スレーブ装置か否かを通知するメッセージを受信し、前記所属グループおよび前記代表スレーブ装置か否かの情報を管理し、
    前記マスタ装置から第1の時刻同期用メッセージを受信し、
    前記マスタ装置は、前記複数のスレーブ装置のうち代表スレーブ装置から前記第1の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第2の時刻同期用メッセージを受信し、前記第2の時刻同期メッセージを処理し、前記第2の時刻同期用メッセージに対する応答メッセージである第3の時刻同期用メッセージを該時刻同システムに送信し、
    前記複数のスレーブ装置は、前記第1の時刻同期用メッセージ、及び、前記代表スレーブ装置が前記第1の時刻同期用メッセージの応答として送信した第2の時刻同期用メッセージに対する応答であり、前記マスタ装置が送信した第3の時刻同期用メッセージに含まれる情報に基づいて、自己の保持する時刻を補正することを特徴とするスレーブ装置。
  7. 請求項6に記載のスレーブ装置あって、
    前記マスタ装置が前記第1の時刻同期用メッセージに格納した第1の時刻同期用メッセージを送出する際の時刻、自装置が前記第1の時刻同期用メッセージを受信した時刻、前記代表スレーブ装置が第2の時刻同期用メッセージに格納した前記代表スレーブ装置が前記第2の時刻同期用メッセージを送出した時刻、及び、前記マスタ装置が前記第3の時刻同期用メッセージに格納した前記マスタ装置が前記第2の時刻同期用メッセージを受信した時刻に基づいて、前記自己の保持する時刻を補正することを特徴とするスレーブ装置。
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