JP6243306B2

JP6243306B2 - 光伝送システムにおける局側装置

Info

Publication number: JP6243306B2
Application number: JP2014171222A
Authority: JP
Inventors: 健治川合; 勇輝有川; 重松　智志; 智志重松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016046744A

Description

本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システム（光伝送システム）に関し、特にＰＯＮ区間を介して接続された局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と複数の加入者側装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）との間で、クロックを時刻同期させるための時刻同期技術に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）で利用されるＰＯＮシステムの１つとして、光スプリッタを介して接続されたＯＬＴ（局側装置）とＯＮＵ（加入者側装置）との間で送受信するフレームとしてイーサネットフレームを用いるＥＰＯＮ（Ethernet Passive Optical Network：イーサネットおよびEthernetは登録商標）システムがある。
この、ＥＰＯＮについてはＩＥＥＥ８０２．３で規定されており、ＥＰＯＮシステムで用いられるＯＬＴとＯＮＵとの間の時刻同期方式についてはＩＥＥＥ８０２．１ＡＳ（非特許文献１）において規定されている。

ＰＯＮシステムでは、ＯＬＴに対して複数のＯＮＵが接続されるＰ２ＰＭ接続形態であるため、各ＯＮＵからＯＬＴへ送信される上りフレームが光スプリッタで衝突しないよう、ＯＬＴの衝突回避制御（動的帯域割当／ＤＢＡ：Dynamic Bandwidth Allocation）により、各ＯＮＵに対して例えばナノ秒オーダーで送信許可時間帯を時分割で割り当てている。したがって、ＯＬＴとＯＮＵとの間で精度よく時刻同期しておく必要がある。すなわち、ＯＬＴとＯＮＵとの間で時刻同期を行う目的は、ＯＮＵ内のスレーブクロック部（図示せず）で計時する同期時刻を、ＯＬＴのマスタクロック部が示す同期時刻に合わせる（誤差を最小化する）ことにある。

ＥＰＯＮシステムで用いられる時刻同期方式は、ＯＬＴをクロックマスタとしＯＮＵをクロックスレーブとする時刻同期方式である。この時刻同期の方式では、まず、クロックマスタの局側装置からクロックスレーブの各加入者装置へ、ＴＩＭＥＳＹＮＣメッセージの時刻同期フレーム（イーサネットフレーム）を送信する。このＴＩＭＥＳＹＮＣメッセージには、ローカルタイマのタイムスタンプＸと、ＯＮＵのローカルタイマが当該ＸからＯＮＵ内部遅延由来のＯＮＵ側補正値ｏｎｕＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒを差し引いた値に一致するときの、スレーブクロックがとるべき値ＴｏＤ_x,iが記されている。

次に、ＯＮＵは、受信した時刻同期フレームのＴＩＭＥＳＹＮＣメッセージに記されたＸとＴｏＤ_x,iの組からなる局側同期時刻補正情報と、ＯＮＵのローカルタイマが示すローカルタイムとに基づいて、ＯＮＵのスレーブクロックを補正する。
ＯＬＴが、基準となる時刻を示すタイムスタンプＸにおいてＯＮＵのスレーブクロックがとるべき同期時刻ＴｏＤ_x,iは、次の式（１）で生成される。

式（１）において、ＴｏＤ_x,oは、ＯＬＴのローカルタイマがタイムスタンプＸにＯＬＴ内部遅延由来のＯＬＴ側補正値ｏｌｔＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒを加えた値に一致する時点におけるマスタクロックの値、すなわち同期時刻を示している。また、信号伝搬時間ＲＴＴ（Round Trip Time）は、ＯＬＴとＯＮＵとの間の往復の信号伝搬時間であり、ＯＬＴとＯＮＵとの間の制御フレームであるＭＰＣＰ（Multi Point Control Protocol）フレームとＯＬＴおよびＯＮＵの各ローカルタイマを用いて、ＯＮＵ別に測定される。また、Ｎｕｐ，Ｎｄｏｗｎはそれぞれ上り／下り伝送における光の有効屈折率、ｒａｔｅＲａｔｉｏはマスタクロックに対するローカルタイマの単位時間比である。

なお、ＯＮＵは、必ずしもＯＮＵのローカルタイムが、タイムスタンプＸからＯＮＵ側補正値を差し引いた値に一致する時点まで待ってから、スレーブクロックをＴｏＤ_x,iに補正する必要はなく、補正時点のＯＮＵのローカルタイムと局側同期時刻補正情報とに基づいて、補正の際にスレーブクロックにセットすべき値を、計算から取得することも可能である。

「Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks」、IEEE802.1AS-2011、IEEE、30 March 2011 田代隆義ほか、「周波数および時刻同期機能を実装した１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムの試作評価」、信学技報CS2011-82, pp.7-12、社団法人電子情報通信学会、2012年1月

このような従来技術では、ＯＬＴは、ローカルタイムがＸ＋ｏｎｕＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒとなるときのマスタクロックの値を取得する必要がある。しかしながら、ＯＬＴにおいてソフトウェアによって時刻同期処理を行う場合、ローカルタイマからのローカルタイム取得とマスタクロックからの時刻取得を同時に行うことや、ローカルタイムを取得した時点から固定時間後にマスタクロックから時刻を取得することについては、通常、保証されない。

したがって、これら時刻を取得する際、取得タイミングに予測不可能な時間差が生じ、この時間差が、ＯＮＵのスレーブクロックが示す時刻の誤差として現れる。このため、局側同期時刻補正情報の時間精度が劣化し、高い精度で時刻同期を行うことができないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ＯＮＵで生成する局側同期時刻補正情報の誤差を抑制でき、高い精度で時刻同期を行うことが可能となる時刻同期技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる局側装置は、光スプリッタを介してＰＯＮシステムの加入者側装置と接続されるとともに上位装置と接続されて、これら加入者側装置と上位装置との間でやり取りするフレームを相互に転送処理するとともに、当該加入者側装置との間で時刻同期を行う局側装置であって、前記加入者側装置と前記上位装置との間でやり取りするフレームを相互に転送処理するとともに、これら当該加入者側装置と当該局側装置との間の往復の信号伝搬時間を取得し、当該加入者側装置との時刻同期を行うための時刻同期フレームを当該加入者側装置へ送信する局側ＰＯＮ処理部と、当該局側装置における同期用ローカルタイムを計時するとともに、前記加入者側装置との時刻同期に用いるマスタ同期時刻を計時し、これら同期用ローカルタイムおよびマスタ同期時刻を同一タイミングで取得して補助情報として出力する局側時刻同期部と、前記加入者側装置との間で時刻同期を行う際、前記局側ＰＯＮ処理部から前記信号伝搬時間を取得するとともに、前記局側時刻同期部から前記補助情報を取得し、これら信号伝搬時間および補助情報から、時刻補正の基準となる時刻を示すタイムスタンプと、当該タイムスタンプが示す時点で当該加入者側装置がとるべきスレーブ同期時刻とからなる局側同期時刻補正情報を生成し、当該局側同期時刻補正情報を含む時刻同期フレームを前記局側ＰＯＮ処理部へ出力する局側プロセッサ部とを備えている。

また、本発明にかかる上記局側装置の一構成例は、前記局側ＰＯＮ処理部が、入力されたクロック信号に基づき通信用ローカルタイムを計時する第１のローカルタイマ部と、前記通信用ローカルタイムをタイムスタンプとして付与したＭＰＣＰ（Multi Point Control Protocol）フレームを生成して前記加入者側装置に送信し、当該加入者側装置から受信したＭＰＣＰフレームに付与されているタイムスタンプに基づいて前記信号伝搬時間を計測するＭＰＣＰ制御部とを備えている。

また、本発明にかかる上記局側装置の一構成例は、前記局側時刻同期部が、前記第１のローカルタイマ部と同期動作することにより前記同期用ローカルタイムを計時する第２のローカルタイマ部と、前記加入者側装置との時刻同期に用いる前記マスタ同期時刻を計時するマスタクロック部と、前記第２のローカルタイマ部で計時している前記同期用ローカルタイムと前記マスタクロック部で計時している前記マスタ同期時刻とを同一タイミングで取得し、これら同期用ローカルタイムおよびマスタ同期時刻からなる前記補助情報を出力する補助情報取得部とを備えている。

また、本発明にかかる上記局側装置の一構成例は、前記局側プロセッサ部が、前記局側時刻同期部から取得した前記補助情報に含まれる前記同期用ローカルタイムを、当該局側装置の内部遅延由来の補正値で補正することにより、時刻補正の基準となる時刻を示す前記タイムスタンプを計算し、前記局側ＰＯＮ処理部から取得した前記信号伝搬時間と前記局側時刻同期部から取得した前記補助情報に含まれる前記マスタ同期時刻とから、当該タイムスタンプが示す時点で当該加入者側装置がとるべき前記スレーブ同期時刻を計算するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記局側装置の一構成例は、前記局側装置が、前記局側ＰＯＮ処理部を複数備え、前記局側時刻同期部は、前記第２のローカルタイマ部の同期用ローカルタイム値に基づいて、前記各局側ＰＯＮ処理部の前記第１のローカルタイマ部を同時に初期化するためのローカルタイマ初期化信号を生成するローカルタイマ初期化部を備えている。

本発明によれば、局側同期時刻補正情報の計算に用いられる補助情報の同期用ローカルタイムおよび同期時刻は同じタイミングに取得したものであることから、両者の取得タイミングの予測不可能な時間差に起因した、補助情報に関する時間精度の劣化を回避できる。したがって、局側同期時刻補正情報の誤差を抑制することができ、高い精度で時刻同期を行うことが可能となる。

第１の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）の構成を示すブロック図である。局側ＰＯＮ処理部の構成例である。第１の実施の形態にかかる局側時刻同期部の構成例である。ＯＬＴの時刻同期処理を示すフローチャートである。第２の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）の構成を示すブロック図である。第２の実施の形態にかかる局側時刻同期部の構成例である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）の構成を示すブロック図である。

このＯＬＴ１０は、ＰＯＮシステム（光伝送システム）で局側装置として用いられる光通信処理装置であり、光スプリッタを介して接続された複数のＯＮＵ（加入者側装置）との間でイーサネットフレームを送受信する機能と、これらＯＮＵに対して時刻同期フレームを送信することにより、これらＯＮＵとの間で時刻同期を行う機能とを有している。

このＯＬＴ１０には、主な機能部として、局側ＰＯＮ処理部１１、局側時刻同期部１２、および局側プロセッサ部１３が設けられている。

局側ＰＯＮ処理部１１は、上位装置側から受信した下りフレームをＯＮＵ側（光スプリッタ側）へ転送する機能と、ＯＮＵ側から受信した上りフレームを上位装置側へ転送する機能と、当該ＯＴＬ１０宛ての終端フレームを受信して局側プロセッサ部１３へ出力する機能と、局側プロセッサ部１３で生成された、時刻同期フレームなどの生成フレームをＯＮＵ側や上位装置側へ送信する機能と、ＯＬＴとＯＮＵとの間の往復の信号伝搬時間ＲＴＴ（Round Trip Time）を計測する機能とを有している。

局側時刻同期部１２は、ＯＬＴ１０で生成したクロック信号や初期化信号に基づき、同期用ローカルタイムｘとマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oとを計時する機能と、局側プロセッサ部１３からの同期時刻取得指示に応じて、これら同期用ローカルタイムｘおよびマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを同時に取得し補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）として出力する機能とを有している。

局側プロセッサ部１３は、ＯＮＵ内の同期時刻を補正する際、局側ＰＯＮ処理部１１から取得した信号伝搬時間ＲＴＴと、局側時刻同期部１２から取得した補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）とに基づいて、基準となる時刻を示すタイムスタンプＸと、このタイムスタンプＸにおいてＯＮＵのスレーブクロックがとるべきスレーブ同期時刻ＴｏＤ_x,iとからなる局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成する機能と、この局側同期時刻補正情報を含む時刻同期フレームを生成して局側ＰＯＮ処理部１１へ出力する機能とを有している。

［局側ＰＯＮ処理部］
次に、図２を参照して、本実施の形態にかかるＯＬＴ１０の局側ＰＯＮ処理部１１について詳細に説明する。図２は、局側ＰＯＮ処理部の構成例である。
局側ＰＯＮ処理部１１には、主な回路部として、主信号処理部１１Ａ、第１のローカルタイマ部１１Ｂ、およびＭＰＣＰ制御部１１Ｃが設けられている。

主信号処理部１１Ａは、ＳＮＩ（Server-Network Interface）インタフェースに合わせた形式の光信号で、上位装置側から送信された下りフレームを受信する機能と、受信した光信号をＭＰＣＰ（Multi Point Control Protocol）フレーム挿入などの処理を行いやすい形式の下り電気信号に変換する機能を有している。ＳＮＩインタフェースとは、上位装置側から送信された下りフレームの受信や、上位装置側に向けた上りフレームの送信を行うためのインタフェースである。

さらに、主信号処理部１１Ａは、ＯＬＴ１０とＯＮＵとの間の通信制御を行うためのフレームであるＭＰＣＰフレームをＭＰＣＰ制御部１１Ｃから入力し、第１のローカルタイマ部１１Ｂから入力したＯＬＴ１０の通信用ローカルタイムを当該ＭＰＣＰフレームの送信タイムスタンプとして付与した後、下り電気信号に挿入する機能と、局側プロセッサ部１３から時刻同期フレームなどの生成フレームを入力して当該下り電気信号に挿入する機能と、これら下り電気信号をＰＯＮインタフェースに合わせた形式の光信号に変換し、下りフレームとしてＯＮＵ側へ送信する機能を有している。ＰＯＮインタフェースとは、ＯＮＵ側に向けた下りフレームの送信や、ＯＮＵ側から送信された上りフレームの受信を行うためのインタフェースである。

また、主信号処理部１１Ａは、ＰＯＮインタフェースに合わせた形式の光信号で、ＯＮＵから送信された上りフレームを受信する機能と、受信した光信号をＭＰＣＰフレーム抽出などの処理を行いやすい形式の上り電気信号に変換する機能と、上り電気信号からＭＰＣＰフレームを抽出する機能と、第１のローカルタイマ部１１Ｂから入力したＯＬＴ１０の通信用ローカルタイムを受信ローカルタイムとして当該ＭＰＣＰフレームに付与した後にＭＰＣＰ制御部１１Ｃに出力する機能と、局側プロセッサ部１３で終端する終端フレームを上り電気信号から抽出して局側プロセッサ部１３に出力する機能と、ＭＰＣＰフレームや終端フレームを抽出した後の上り電気信号をＳＮＩインタフェースに合わせた形式の光信号の形式に変換し、上りフレームとして上位装置側へ送信する機能とを有している。

第１のローカルタイマ部１１Ｂは、外部から供給されるクロックに基づいて、ＯＬＴ１０の通信用ローカルタイムを計時し、この通信用ローカルタイムを主信号処理部１１Ａへ出力する機能と、外部から入力される初期化信号に基づいて、当該通信用ローカルタイムを所定の初期値にセットする機能とを有している。

ＭＰＣＰ制御部１１Ｃは、ＯＮＵ宛てのＭＰＣＰフレームを生成し主信号処理部１１Ａへ出力する機能を有している。ＭＰＣＰフレームは、ＯＮＵが上りフレームを送信するタイミングや期間をＯＮＵに通知するなどの役割を有するとともに、主信号処理部１１Ａで付与されたタイムスタンプによりＯＮＵにローカルタイムを通知する役割を有する。

また、ＭＰＣＰ制御部１１Ｃは、ＯＮＵが送信したＭＰＣＰフレームを、主信号処理部１１Ａで付与された受信ローカルタイムとともに入力し、当該ＭＰＣＰフレームに当該ＯＮＵが付与した送信タイムスタンプと当該受信ローカルタイムとの差により信号伝搬時間ＲＴＴを算出する機能を有している。信号伝搬時間ＲＴＴ（Round Trip Time）は、ＯＬＴとＯＮＵとの間の往復の信号伝搬時間である。このＲＴＴを考慮して、ＯＮＵが光信号を送信するタイミング（ＯＮＵが送信するときのＯＮＵのローカルタイム）を計算することにより、各ＯＮＵからの光信号が時間的に重なってＯＬＴに到着すること、すなわち
上りフレームの衝突を防止できる。

［局側時刻同期部］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかるＯＬＴ１０の局側時刻同期部１２について詳細に説明する。図３は、第１の実施の形態にかかる局側時刻同期部の構成例である。
局側時刻同期部１２には、主な回路部として、第２のローカルタイマ部１２Ａ、マスタクロック部１２Ｂ、および補助情報取得部１２Ｃが設けられている。

第２のローカルタイマ部１２Ａは、外部から供給されるクロック信号に基づいて、ＯＬＴ１０の同期用ローカルタイムを計時し、当該ローカルタイムを主信号処理部１１Ａへ出力する機能と、外部から入力される初期化信号に基づいて、当該ローカルタイムを所定の初期値にセットする機能とを有している。
これにより、局側ＰＯＮ処理部１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂと同期して動作しており、本実施の形態では、第１のローカルタイマ部１１Ｂと第２のローカルタイマ部１２Ａは、同一時点に同一値のローカルタイムを示すものとする。

なお、本実施の形態は、このような同一値のローカルタイムを示す動作に限定されるものではなく、各時点での第１のローカルタイマ部１１Ｂが示す通信用ローカルタイムと第２のローカルタイマ部１２Ａが示す同期用ローカルタイムとの値の差が固定値となる動作であってもよい。これは、第２のローカルタイマ部１２Ａの同期用ローカルタイムに対して上記固定値分を補正することで第１のローカルタイマ部１１Ｂの通信用ローカルタイムを計算できるからである。

また、本実施の形態では、第１のローカルタイマ部１１Ｂと第２のローカルタイマ部１２Ａに対して、同一初期化信号に基づく同一値への初期化によって、初期化状態の時刻が一致する。さらに、同一クロック源からのクロック信号供給により同一周期で時間を計時するため、上記初期化後については、第１のローカルタイマ部１１Ｂと第２のローカルタイマ部１２Ａとは常時に同一時刻を示すことが保障される。

マスタクロック部１２Ｂは、ＯＬＴ１０とＯＮＵとが時刻同期を行うために参照されるＯＬＴ１０内のマスタ同期時刻を計時する機能を有している。ＯＬＴ１０とＯＮＵとの間で時刻同期を行う目的は、ＯＮＵ内のスレーブクロック部（図示せず）で計時するスレーブ同期時刻を、ＯＬＴ１０のマスタクロック部１２Ｂが示すマスタ同期時刻に合わせる（誤差を最小化する）ことにある。

補助情報取得部１２Ｃは、第２のローカルタイマ部１２Ａから同期用ローカルタイムｘを取得するとともに、この同期用ローカルタイムｘの取得タイミングに合わせて、マスタクロック部１２Ｂからマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを取得し、補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）として保持する機能を有している。
本実施の形態では、局側プロセッサ部１３からの時刻同期取得指示に応じて、第２のローカルタイマ部１２Ａからの同期用ローカルタイムｘの取得とマスタクロック部１２Ｂからのマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oの取得を同時に行ない、これら取得した値を補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）として保持する。

この際、補助情報取得部１２Ｃに、第２のローカルタイマ部１２Ａから同期用ローカルタイムｘを取得する回路と、マスタクロック部１２Ｂからマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを取得する回路とを設け、局側プロセッサ部１３からの時刻同期取得指示に応じた取得タイミング信号を、これら両回路に遅延差が生じることなく分配すればよい。これにより、これら両回路が同時に動作して同期用ローカルタイムｘおよびマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oが同一タイミングで取得できる。

また、第２のローカルタイマ部１２Ａで同期用ローカルタイムｘを計時するカウンタと、マスタクロック部１２Ｂでマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを計時するカウンタとを、同一クロック信号に同期して動作させるとともに、当該クロック信号を上記取得タイミング信号に同期するクロック信号とすることで、異なるクロック信号への付け替えが不要となる。これにより、クロック信号の付け替えのための回路を省くことができるとともに、当該付け替えにより発生する取得時間差を抑止できる。

なお、本実施の形態は、このような同期用ローカルタイムとマスタ同期時刻を同時に取得する動作に限定されるものではなく、第２のローカルタイマ部１２Ａからの同期用ローカルタイムの取得と、マスタクロック部１２Ｂからのマスタ同期時刻の取得の時間差が固定値となる動作であってもよい。これは、第２のローカルタイマ部１２Ａから取得した同期用ローカルタイムに対して上記固定値分を補正することで、マスタ同期時刻の取得時点における同期用ローカルタイムを計算できるからである。

補助情報取得部１２Ｃにおいて、第２のローカルタイマ部１２Ａとマスタクロック部１２Ｂという２種類の時刻を必要とする理由を以下に記す。ＥＰＯＮではＯＬＴのローカルクロックが変更されないことが前提となって、ＭＰＣＰ制御（ＲＴＴの計測など）の手順が決められている。この前提に反する事象が生じる（ローカルクロックが大きく変化する）と、ＲＴＴ値が大きく変化したと判断される、あるいは、ＯＬＴが期待するタイミングでＯＮＵが上りを送信せずＯＬＴが受信できない、などの問題が発生し、ＯＮＵとのリンクが切れる。

これに対して、時刻同期のためのマスタクロックは、通常、より上位のマスタクロックに同期するスレーブクロックでもあり、この上位のマスタクロックとの時刻同期によって補正が行われる、つまり、時刻が大きく変化する可能性がある。したがって、ローカルクロックに求められる条件とマスタクロックに求められる条件が異なるため、これらが同一周波数で動作していたとしても、１つに集約することはできない。

なお、ローカルクロックの周波数は６２．５ＭＨｚで固定であるが、ＩＥＥＥ１５８８−２００８の時刻同期用のマスタクロックの周波数には規定がなく、求められる精度により決まる。ただし、タイムスタンプの単位は１ｎｓであるため、マスタクロックの周期は１ｎｓの整数倍であると、マスタクロックの読取り値からタイムスタンプ値への変換が容易になる。特に、上記周期が１ｎｓの２の整数乗倍であると、２進数表記されたマスタクロックの読み取り値に対してシフト演算でタイムスタンプ値を得ることができるため（整数倍の乗算が不要であるため）、マスタクロックの読取り値からタイムスタンプ値への変換が容易となる。

また、ローカルクロックの精度上限は１６ｎｓ（６２．５ＭＨｚの１周期）であり、上記精度よりも高いマスタクロックの精度は不要なので（スレーブクロックの精度はローカルクロックの精度上限を超えないので）、マスタクロックの周波数をローカルクロックの周波数６２．５ＭＨｚに合わせることが、精度とタイムスタンプ値への変換容易性の観点から望ましい。

また、ローカルクロックを表現するカウンタのビット数は３２（カウンタの上限値は２＾３２−１）に規定されているが、マスタクロックについては、タイムスタンプ（４８ビットの秒数と３２ビットのｎｓ単位で表現した１秒未満の時間の組）に変換できればよく、カウンタのビット数としては規定がない。そこで、周波数が６２．５ＭＨｚのマスタクロックを２８ビットのカウンタで表現し、さらに、このカウンタの上限を（０ｘ３Ｂ９ＡＣＡ０−１）とすることで、当該カウンタ値に対する簡単な演算処理（シフト演算）によってタイムスタンプ値（１秒未満の時間）を得ることができる。

［局側プロセッサ部］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるＯＬＴ１０の局側時刻同期部１２について詳細に説明する。
局側プロセッサ部１３は、局側同期時刻補正情報を生成する際、局側ＰＯＮ処理部１１のＭＰＣＰ制御部１１ＣがＭＰＣＰフレームを用いて計測したＯＮＵとＯＬＴとの間の信号伝搬時間ＲＴＴを局側ＰＯＮ処理部１１から取得する機能と、局側時刻同期部１２の補助情報取得部１２Ｃに対して補助情報を取得する指示を与え、補助情報取得部１２Ｃが取得し保持する補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）を取得する機能と、取得したＲＴＴと補助情報とから局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成する機能と、当該局側同期時刻補正情報を含む時刻同期フレームを生成し、局側ＰＯＮ処理部１１の主信号処理部１１Ａに時刻同期フレームを出力する機能とを有している。

より具体的には、局側プロセッサ部１３は、局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成する機能として、局側時刻同期部１２から取得した補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）に含まれる同期用ローカルタイムｘを、当該ＯＬＴ１０の内部遅延由来の補正値ｏｌｔＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒで補正することにより、時刻補正の基準となる時刻を示すタイムスタンプＸを計算する機能と、局側ＰＯＮ処理部１１から取得したＲＴＴと局側時刻同期部１２から取得した補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）に含まれるマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oとから、当該タイムスタンプＸが示す時点で当該ＯＮＵがとるべきスレーブ同期時刻ＴｏＤ_x,iを計算する機能とを有している。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかるＯＬＴ１０の動作について説明する。図４は、ＯＬＴの時刻同期処理を示すフローチャートである。
ＯＬＴ１０は、周期的あるいは外部からの指示に応じて、図４の時刻同期処理を実行する。なお、時刻同期処理の開始以前において、局側ＰＯＮ処理部１１でＯＮＵとの間のＲＴＴを間欠的に計測しているものとする。

まず、局側プロセッサ部１３は、局側ＰＯＮ処理部１１のＭＰＣＰ制御部１１Ｃから、ＭＰＣＰフレームにより計測されたＯＮＵとの間のＲＴＴを取得し（ステップ１００）、局側時刻同期部１２に対して補助情報取得指示を出力する（ステップ１０１）。

局側時刻同期部１２の補助情報取得部１２Ｃは、局側プロセッサ部１３からの補正情報取得指示に応じて、第２のローカルタイマ部１２Ａから出力されている同期用ローカルタイムｘと、マスタクロック部１２Ｂから出力されているマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oとを、同一タイミングで取得し（ステップ１０２）、これら同期用ローカルタイムｘおよびマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）として保持し、局側プロセッサ部１３へ出力する（ステップ１０３）。

局側プロセッサ部１３は、補助情報取得部１２Ｃから出力された補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）を受け取り、この補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）と、ＭＰＣＰ制御部１１Ｃから取得したＲＴＴとに基づいて、時刻補正の基準となる時刻を示すタイムスタンプＸと、当該タイムスタンプＸが示す時点でＯＮＵのスレーブクロックがとるべきスレーブ同期時刻ＴｏＤ_x,iとからなる局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成する（ステップ１０４）。
ここで、ＯＮＵが同期時刻を補正するための局側同期時刻補正情報、すなわちタイムスタンプＸとスレーブ同期時刻ＴｏＤ_x,iとは、次の式（２）で計算される。

式（２）において、ｏｌｔＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒはＯＬＴ内部遅延由来の補正値である。タイムスタンプＸとして、同期用ローカルタイムｘからこのｏｌｔＬａｔｅｎｃｙＦａｃｒｏｒが減算されて補正された値が用いられる。また、Ｎｕｐ，Ｎｄｏｗｎはそれぞれ上り／下り伝送における光の有効屈折率、ｒａｔｅＲａｔｉｏはマスタクロックに対する局側ローカルタイマの単位時間比であり、マスタクロックの刻みが１ｎｓ、局側ローカルタイマの刻みが１６ｎｓの場合は、ｒａｔｅＲａｔｉｏ＝１６となる。これらパラメータは固定値であるため、それぞれの条件に応じた値を予め設定しておけばよい

この際、局側同期時刻補正情報の計算に用いられる補助情報の同期用ローカルタイムｘおよび同期時刻ＴｏＤ_x,oは同じタイミングに取得したものであることから、両者の取得タイミングの時間差に起因する補助情報に関する時間精度の劣化を回避でき、局側同期時刻補正情報の誤差を抑制することができる。

このようにして、局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成した後、局側プロセッサ部１３は、この局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を含む時刻同期フレームを生成し（ステップ１０５）、局側ＰＯＮ処理部１１へ出力する。
これに応じて、局側ＰＯＮ処理部１１は、時刻同期フレームを下り電気信号に挿入し、下りフレームとしてＯＮＵへ送信する（ステップ１０６）。

これにより、時刻同期フレームがＯＮＵで受信され、ＯＮＵのローカルタイムが時刻同期フレームに含まれる局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）により補正され、ＯＮＵ側のスレーブクロックがＯＬＴ１０側のマスタクロックと同期することになる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、局側時刻同期部１２が、それぞれ計時している同期用ローカルタイムｘおよびマスタ同期時刻ＴｏＤ_x,oを同一タイミングで取得して補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）とし、局側プロセッサ部１３が、局側ＰＯＮ処理部１１から信号伝搬時間ＲＴＴを取得するとともに、局側時刻同期部１２から補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）を取得し、これら信号伝搬時間ＲＴＴおよび補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）から、時刻補正の基準となる時刻を示すタイムスタンプＸと、当該タイムスタンプＸが示す時点で当該加入者側装置がとるべきスレーブ同期時刻ＴｏＤ_x,iとからなる局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を生成し、当該局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）を含む時刻同期フレームを局側ＰＯＮ処理部１１へ出力するようにしたものである。

これにより、局側同期時刻補正情報（Ｘ，ＴｏＤ_x,i）の計算に用いられる補助情報（ｘ，ＴｏＤ_x,o）の同期用ローカルタイムｘおよび同期時刻ＴｏＤ_x,oは同じタイミングに取得したものであることから、両者の取得タイミングの予測不可能な時間差に起因した、補助情報に関する時間精度の劣化を回避できる。したがって、局側同期時刻補正情報の誤差を抑制することができ、高い精度で時刻同期を行うことが可能となる。

また、本実施の形態において、局側ＰＯＮ処理部１１がＲＴＴ計測などＯＬＴ−ＯＮＵ間の上り信号のタイミングを制御するために用いる本来のローカルタイマである第１のローカルタイマ部１１Ｂとは別に、局側時刻同期部１２に同期補助情報を取得するための第２のローカルタイマ部１２Ａを設けて第１のローカルタイマ部１１Ｂと同期動作させるようにしてもよい。
これにより、ＯＬＴ１０において、一般的な局側ＰＯＮ処理部１１の回路構成を変更せずに、ローカルタイムを取得できる局側時刻同期部１２の回路構成を付加することができる。したがって、時刻同期用の回路を内蔵しない一般的な局側ＰＯＮ処理部の回路を用いて高精度な時刻同期を実現とすることが可能となる。

また、一般的なＯＬＴにおいて、ローカルクロックは、通常、局側ＰＯＮ処理部内にあり、局側ＰＯＮ処理部は、ローカルクロックの読み取りタイミングを局側ＰＯＮ処理部外から入力するインタフェースを持たない。
これに対して本実施の形態では、図２に示したように、ローカルクロックを初期化するタイミングを局側ＰＯＮ処理部１１外から入力するためのインタフェースとして初期化信号の入力端子を設け、１つの初期化信号を複数の局側ＰＯＮ処理部１１に分配し、各局側ＰＯＮ処理部１１を一斉に初期化することで、時刻合わせを行うようにしてもよい。

ローカルタイムの時刻合わせを行う理由は、局側ＰＯＮ処理部１１の故障に際してプロテクション（ＯＮＵが接続する局側ＰＯＮ処理部の変更）を行うとき、ローカルクロック値が変動してＯＮＵとのリンクが切断されることを避けるためである。
本実施の形態では、ローカルクロックとマスタクロックを同時に取得することができるよう、局側ＰＯＮ処理部１１外（補助情報取得部１２Ｃ）に、マスタクロックおよび局側ＰＯＮ処理部１１内の第１のローカルタイマ部１１Ｂと同一周波数で動作する第２のローカルタイマ部１２Ａを設け、局側ＰＯＮ処理部１１内の第１のローカルタイマ部１１Ｂと時刻合わせを行うために、上記の複数の局側ＰＯＮ処理部１１の時刻合わせのために用意されていた初期化信号を使用すればよい。

また、ＲＴＴや補助情報の誤差は、時刻同期の精度に影響するため、本実施の形態において、局側ＰＯＮ処理部１１と局側時刻同期部１２を専用の信号処理回路で構成することにより、誤差を抑制するようにしてもよい。
一方、局側プロセッサ部１３における局側同期時刻補正情報を計算する処理については、計算に要する時間が時刻同期の精度に与える影響は小さい。ＲＴＴや補助情報の値は、時間経過による値の変動が小さいためである。このため、時刻同期の精度を保つために、計算を専用回路によって高速化することにより一定時間で完了する必要はない。

したがって、局側プロセッサ部１３における、計算や計算結果をＯＮＵに通知するための時刻同期フレームの生成を、専用回路ではなく、プロセッサを用いたソフトウェア処理によって行うことが可能である。これにより、複雑な乗算・除算を伴う計算や複雑な形式のフレームの生成に、回路規模が問題となる専用回路ではなく、時刻同期以外の処理にも利用できる汎用的なプロセッサを利用できるため、回路規模の増大を抑制することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）１０について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかるＯＬＴ（局側装置）の構成を示すブロック図である。

ＯＬＴは、Ｋ個の局側ＰＯＮ処理部［ｋ］（ｋ＝１…Ｋの整数）１１、局側時刻同期部１２、局側プロセッサ部１３からなる。図１との違いは、局側ＰＯＮ処理部１１を複数備える点と、局側プロセッサ部１３と各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１を接続するプロセッサバスを介して、局側プロセッサ部１３が各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１との間で、時刻同期フレームを含む局側プロセッサで生成した生成フレームや終端フレームの受け渡しや各ＯＮＵ−ＯＬＴ間のＲＴＴの取得を行う点と、ローカルタイマを初期化するために局側時刻同期部１２と局側ＰＯＮ処理部１１に共通の信号を分配するのではなく、局側時刻同期部１２から各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１に初期化信号［ｋ］を出力する点である。

各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１は、第１の実施の形態の構成と同じであり、主信号処理部１１Ａ、第１のローカルタイマ部１１Ｂ、およびＭＰＣＰ制御部１１Ｃが設けられている。

図６は、第２の実施の形態にかかる局側時刻同期部の構成例である。局側時刻同期部１２には、主な回路部として、前述した第２のローカルタイマ部１２Ａ、マスタクロック部１２Ｂ、補助情報取得部１２Ｃに加えて、ローカルタイマ初期化部１２Ｄが設けられている。

第２のローカルタイマ部１２Ａは、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂと同一クロック源からのクロック信号により同一周期で同期用ローカルタイムを計時する機能を有している。

マスタクロック部１２Ｂは、第１の実施の形態の局側時刻同期部１２内のマスタクロック部１２Ｂと同じであり、ＯＬＴ１０とＯＮＵが時刻同期を行うために参照されるＯＬＴ内のマスタ同期時刻を計時する機能を有している。ＯＬＴ１０とＯＮＵとの間で時刻同期を行う目的は、ＯＮＵ内のスレーブクロック部（図示せず）で計時するスレーブ同期時刻を、ＯＬＴ１０のマスタクロック部１２Ｂが示すマスタ同期時刻に合わせる（誤差を最小化する）ことにある。

ローカルタイマ初期化部１２Ｄは、第２のローカルタイマ部１２Ａの同期用ローカルタイムに基づいて、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂを同時に初期化するためのローカルタイマ初期化信号を生成する機能を有している。
このローカルタイマ初期化信号に基づいて、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂが初期化されることにより、各第１のローカルタイマ部１１Ｂと第２のローカルタイマ部１２Ａとが同期動作する。

本実施の形態では、ローカルタイマ初期化部１２Ｄが出力したローカルタイマ初期化信号に基づいて各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂを初期化するまでの遅延Ｔｄ、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂの初期値Ｔ０に対して、ローカルタイマ初期化部１２Ｄは、第２のローカルタイマ部１２Ａの同期用ローカルタイムの値がＴ０−Ｔｄに一致した時点で、ローカルタイマ初期化信号を出力する。

また、第２のローカルタイマ部１２Ｄは、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂと同一クロック源からのクロック供給により同一周期で時間を計時する。これにより、ローカルタイマ初期化部１２Ｄが出力したローカルタイマ初期化信号に基づいて初期化された局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂと、第２のローカルタイマ部１２Ａは常時に同一時刻を示すことが保障される。

なお、外部からの設定により、初期化対象となる第１のローカルタイマ部１１Ｂを有する局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１を選択可能としてもよい。ＯＬＴ１０に、局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１（ｋ＝１…Ｋ’，Ｋ’＜Ｋ）が実装され稼働している状態で、局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１（ｋ＝Ｋ’＋１…Ｋ”，Ｋ’＜Ｋ”＜Ｋ）を追加実装したときに、稼働中の局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１（ｋ＝１…Ｋ’，Ｋ’＜Ｋ）に対しては初期化を行わず、追加された局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１（ｋ＝Ｋ’＋１…Ｋ”，Ｋ’＜Ｋ”＜Ｋ）のみを初期化対象とする設定が可能となる。これにより、稼働中の局側ＰＯＮ処理部１１に対して不用意な初期化を避けることができる。

局側プロセッサ部１３は、ＯＮＵが同期時刻を補正するための局側同期時刻補正情報を生成し、局側同期時刻補正情報を含む時刻同期フレームを生成する。第１の実施の形態の局側プロセッサ部１３と同様に、本実施の形態では、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１からＲＴＴを取得し、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１に接続するＯＮＵに対して時刻同期フレームを出力する点、すなわち、局側ＰＯＮ処理部１１が１個ではなく複数個となっている点が異なる。なお、ＯＬＴの時刻同期処理について、第１の実施の形態にかかる図４と同様である。

［第２の実施の形態の効果］
このように本実施の形態によれば、局側時刻同期部１２のローカルタイマ初期化部１２Ｄが、第２のローカルタイマ部１２Ａの同期用ローカルタイムに基づいて、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂを同時に初期化するためのローカルタイマ初期化信号を生成するようにしたものである。

これにより、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１の第１のローカルタイマ部１１Ｂは、局側時刻同期部１２が出力するローカルタイマ初期化信号に基づいて初期化されることになるため、同一時に同一時刻を示すとともに、出力する通信用ローカルタイムの値は局側時刻同期部１２内の第２のローカルタイマ部１２Ａが示す値と同期する。

したがって、第１の実施の形態で挙げた効果に加えて、以下の効果が期待できる。
すなわち、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１に１個ずつ局側時刻同期部１２を設ける必要がなく、１個の局側時刻同期部１２が取得した補助情報と、各局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１が取得した当該局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１に接続されるＯＮＵとの間のＲＴＴに基づいて、ＯＮＵ宛ての時刻同期フレームを生成することができる。このため、ＯＬＴ１０に局側ＰＯＮ処理部［ｋ］１１が複数個ある場合でも、局側時刻同期部１２の個数を大幅に低減でき、ＯＬＴ１０全体の回路規模を削減することが可能となる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１０…ＯＬＴ（局側装置）、１１…局側ＰＯＮ処理部、１１Ａ…主信号処理部、１１Ｂ…第１のローカルタイマ部、１１Ｃ…ＭＰＣＰ制御部、１２…局側時刻同期部、１２Ａ…第２のローカルタイマ部、１２Ｂ…マスタクロック部、１２Ｃ…補助情報取得部、１２Ｄ…ローカルタイマ初期化部、１３…局側プロセッサ部、ｘ…同期用ローカルタイム、ＴｏＤ_x,o…マスタ同期時刻、Ｘ…タイムスタンプ、ＴｏＤ_x,i…スレーブ同期時刻。

Claims

光スプリッタを介してＰＯＮシステムの加入者側装置と接続されるとともに上位装置と接続されて、これら加入者側装置と上位装置との間でやり取りするフレームを相互に転送処理するとともに、当該加入者側装置との間で時刻同期を行う局側装置であって、
前記加入者側装置と前記上位装置との間でやり取りするフレームを相互に転送処理するとともに、これら当該加入者側装置と当該局側装置との間の往復の信号伝搬時間を取得し、当該加入者側装置との時刻同期を行うための時刻同期フレームを当該加入者側装置へ送信する局側ＰＯＮ処理部と、
当該局側装置における同期用ローカルタイムを計時するとともに、前記加入者側装置との時刻同期に用いるマスタ同期時刻を計時し、これら同期用ローカルタイムおよびマスタ同期時刻を同一タイミングで取得して補助情報として出力する局側時刻同期部と、
前記加入者側装置との間で時刻同期を行う際、前記局側ＰＯＮ処理部から前記信号伝搬時間を取得するとともに、前記局側時刻同期部から前記補助情報を取得し、これら信号伝搬時間および補助情報から、時刻補正の基準となる時刻を示すタイムスタンプと、当該タイムスタンプが示す時点で当該加入者側装置がとるべきスレーブ同期時刻とからなる局側同期時刻補正情報を生成し、当該局側同期時刻補正情報を含む時刻同期フレームを前記局側ＰＯＮ処理部へ出力する局側プロセッサ部とを備え、
前記局側ＰＯＮ処理部は、
入力されたクロック信号に基づき通信用ローカルタイムを計時する第１のローカルタイマ部と、
前記通信用ローカルタイムをタイムスタンプとして付与したＭＰＣＰ（Multi Point Control Protocol）フレームを生成して前記加入者側装置に送信し、当該加入者側装置から受信したＭＰＣＰフレームに付与されているタイムスタンプに基づいて前記信号伝搬時間を計測するＭＰＣＰ制御部とを備え、
前記局側時刻同期部は、
前記第１のローカルタイマ部と同期動作することにより前記同期用ローカルタイムを計時する第２のローカルタイマ部と、
前記加入者側装置との時刻同期に用いる前記マスタ同期時刻を計時するマスタクロック部と、
前記第２のローカルタイマ部で計時している前記同期用ローカルタイムと前記マスタクロック部で計時している前記マスタ同期時刻とを同一タイミングで取得し、これら同期用ローカルタイムおよびマスタ同期時刻からなる前記補助情報を出力する補助情報取得部と
を備える
ことを特徴とする局側装置。
請求項１に記載の局側装置において、
前記局側プロセッサ部は、前記局側時刻同期部から取得した前記補助情報に含まれる前記同期用ローカルタイムを、当該局側装置の内部遅延由来の補正値で補正することにより、時刻補正の基準となる時刻を示す前記タイムスタンプを計算し、前記局側ＰＯＮ処理部から取得した前記信号伝搬時間と前記局側時刻同期部から取得した前記補助情報に含まれる前記マスタ同期時刻とから、当該タイムスタンプが示す時点で当該加入者側装置がとるべき前記スレーブ同期時刻を計算することを特徴とする局側装置。
請求項１に記載の局側装置において、
前記局側装置は、前記局側ＰＯＮ処理部を複数備え、
前記局側時刻同期部は、前記第２のローカルタイマ部の同期用ローカルタイム値に基づいて、前記各局側ＰＯＮ処理部の前記第１のローカルタイマ部を同時に初期化するためのローカルタイマ初期化信号を生成するローカルタイマ初期化部を備える
ことを特徴とする局側装置。