JP6343395B2 - Ｉｅｅｅ １５８８クロックのネットワークにおける動的精度情報の配信 - Google Patents

Description

本発明は通信ネットワークのノード内のタイミング信号に関し、より具体的にはネットワーク内でのクロック精度情報の配信に関する。

ＩＥＥＥ １５８８標準を採用する通信ネットワークでは、ネットワーク内のネットワーク要素が同期されるように、ネットワーク全体に共通の時刻が配信される。ＩＥＥＥ １５８８の最初の実施であるＩＥＥＥ １５８８−２００２によれば、あるネットワーク要素上のグランドマスタークロックが別のネットワーク要素上の境界クロックへＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：プレシジョンタイムプロトコル）メッセージを使用してタイミング情報を送信し、このメッセージは通常、そのような情報を１秒に数回の頻度で境界クロックに伝える。境界クロックがタイミング情報を受信すると、境界クロックはそれ自体のローカルクロックを、タイミング情報を伝えるために使用された様々なＰＴＰメッセージ内のタイムスタンプから導出されたオフセットを使用して補正する。境界クロックは次に、それ自体のタイミング情報を他のネットワーク要素に送信するが、それらの要素には他の境界クロックが含まれる可能性がある。タイミング情報を受信するだけで、その情報をＩＥＥＥ １５８８を使ってその先へ伝えることのないクロックは、スレーブクロックである。タイミング情報を第２のクロックに配信するクロックは、その第２のクロックの親クロックと呼ばれる。これらのどのクロックでも、別のクロックからタイミング情報を受信するポートはスレーブポートと呼ばれ、別のクロックへタイミング情報を送信するポートはマスターポートと呼ばれる。

境界またはスレーブのクロックが、複数のクロックから監視情報を受信することもある。そのような場合、境界またはスレーブのクロックは、「ベストマスタークロック」アルゴリズムを使用することにより、それらのクロックのうち１つを親クロックとして選択する。境界クロックまたはスレーブクロックは次に、親クロックから受信したタイミング情報を使用してそのローカルクロックを調節する。

ＩＥＥＥ １５８８の第２バージョンであるＩＥＥＥ １５８８−２００８では、透過クロックが導入された。透過クロックは、マスターポートからスレーブポートへ向かって流れる間にその透過クロックを通過する、ＰＴＰメッセージを処理する。透過クロックはＰＴＰメッセージを終端させず、その透過クロックを含むネットワーク要素を各ＰＴＰメッセージが横断するために必要な時間で、そのＰＴＰメッセージを増加させる。

ＰＴＰ通信の一部として、グランドマスタークロックおよび境界クロックはアナウンスメッセージを使用して監視情報を配信させる。これらのアナウンスメッセージは、ネットワークへのタイミングのソースであるグランドマスタークロックの品質、ならびにグランドマスターからそのクロックまでの距離を示す。例えば、ある境界クロックの親クロックがグランドマスターであれば、その境界クロックは、グランドマスタークロックの品質および距離１を示すアナウンスメッセージを送る。グランドマスタークロックの品質情報は、グランドマスタークロックによるそれ自体の精度および安定度の推定値を含む。これらはどちらも、そのクロックがどの程度良好であるかを示し、静的または動的な尺度であり得る。透過クロックは、アナウンスメッセージを修正せずに受け渡す。境界クロックまたは透過クロックは、複数のクロックからアナウンスメッセージを受信した場合、それらのクロックのどれを親クロックとして使用するか選択するために、ベストマスタークロックのアルゴリズムの実装でアナウンスメッセージの中の情報を使用することができる。

どちらの場合でも、境界クロックまたは透過クロック（本明細書では集合的に「中間クロック」と呼ばれる）で、初期にタイミング情報に誤差が入り込むことがある。起動されたばかりの境界クロックは、それ自体のクロックを親クロックのクロックに同期させるために、ある程度の時間を要する。したがって、境界クロックによって送信されるＰＴＰメッセージはグランドマスタークロックから発せられる時間信号を正確には反映しないことがある。同様に、透過クロックでは、その透過クロックを含むネットワーク要素が起動されたばかりで、透過クロックのローカルクロックがまだグランドマスタークロックと同期されていないときには、そのネットワーク要素を通るパケットの通過時間の測定値がまだ安定していないことがある。

どちらの場合にも、エンドアプリケーションによって収集されるタイミング情報がグランドマスタークロックによって生成されるタイミング情報と一致しないことがある。エンドアプリケーションに到達するアナウンスメッセージは、グランドマスタークロックの精度および安定度を示す。アナウンスメッセージはサイレントだが、グランドマスタークロックとスレーブクロックの間に境界クロックおよび透過クロックが存在することに起因する精度低下の可能性に関係する。

一態様によれば、タイミング情報を伝えるためにＩＥＥＥ １５８８メッセージを使用する通信ネットワーク内でタイミング情報を伝達する方法が提供される。中間クロックで、ローカルクロックのタイミング情報の信頼度が決定される。中間クロックで、グランドマスタークロックの信頼度の指標が、受信されたアナウンスメッセージから決定される。中間クロックで、決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信アナウンスメッセージの中に信頼度の指標がセットされる。発信アナウンスメッセージが、中間クロックによって送信される。

別の態様によれば、タイミング情報を伝えるためにＩＥＥＥ １５８８メッセージを使用する通信ネットワーク内のネットワーク要素が提供される。ネットワーク要素はローカルクロック、プロセッサ、およびメモリを含む。メモリは命令を含み、命令はプロセッサによって実行されると、プロセッサにローカルクロックのタイミング情報の信頼度を決定させる。メモリは、プロセッサに、受信されたアナウンスメッセージからグランドマスタークロックの信頼度の指標を決定させ、決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信アナウンスメッセージの中に信頼度の指標をセットさせ、発信アナウンスメッセージを送信させる命令もまた含む。

本発明の実施形態の方法は、コンピュータプロセッサによって実行可能な形の論理命令として非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体上に格納されてもよい。

本発明の実施形態は、境界クロックおよび透過クロックが、下流のクロックに、下流のクロックが受け取るタイミング情報の信頼度を通知することを可能にする。

下記の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明により、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の特徴および利点がさらに明らかになる。

通信ネットワーク例の一部のブロック線図である。 別の通信ネットワーク例の一部のブロック線図である。 本発明の一実施形態により図１の中間クロックによって行われる方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるコンピューティング環境のブロック線図である。

添付図面において同様の特徴には同様のラベルが付けられていることに留意されたい。

図１を参照すると、ある通信ネットワークの一部のブロック線図が示されている。第１の通常クロックが、グランドマスタークロック１０として働く。グランドマスタークロック１０が置かれているネットワーク要素は、そのネットワーク要素がそれ自体のクロックを一致させるための信頼できる時間情報をＧＰＳ受信機などを使用して受け取っているので、それ自体のクロックを確信している。グランドマスタークロック１０は、別のネットワーク要素に置かれた中間クロック１２とプレシジョンタイムプロトコル（ＰＴＰ）メッセージを交換する。中間クロック１２は、境界クロックまたは透過クロックであってもよい。中間クロック１２は、さらに別のネットワーク要素に置かれた第２の通常クロック１４とＰＴＰメッセージを交換する。エンドアプリケーション１６は、タイミング情報のソースとして第２の通常クロック１４を使用する。

中間クロック１２は、親クロックとしてグランドマスタークロック１０をすでに選択しており、グランドマスタークロック１０のマスターポート１５にリンクされたスレーブポート１３を有する。第２の通常クロック１４は、中間クロック１２のマスターポート１９にリンクされたスレーブポート１７を有する。

グランドマスタークロック１０は中間クロック１２に、グランドマスタークロック１０内の時間の精度および安定度を示すアナウンスメッセージを送信する。中間クロック１２が境界クロックであれば、境界クロック１２は、この精度および安定度の情報を内部に格納する。この情報を、本明細書では集合的に品質情報と呼ぶ。境界クロック１２は、グランドマスターからの距離を１つ増やす。次に境界クロック１２は格納されたグランドマスター品質情報およびグランドマスターからの距離を、新しいアナウンスメッセージにコピーする。次に、その境界クロック自体に関する品質情報を新しいアナウンスメッセージに追加してから、新しいアナウンスメッセージを通常クロック１４に送信する。

中間クロック１２が透過クロックである場合には、透過クロックは、その透過クロック自体に関する品質情報を追加することによってアナウンスメッセージを修正し、そのメッセージを通常クロック１４に向けて転送する。

図１に示される通信ネットワークは、本発明の実施形態の最良の説明となるように、意図的に非常に単純なネットワークとして選択されている。より一般的に、グランドマスタークロック１０と第２の通常クロック１４の間には、複数の中間クロックが存在してもよい。第２の通常クロック１４は複数の中間クロックからＰＴＰメッセージを受信してもよく、また、複数のグランドマスタークロックについてのタイミング情報を受信してもよい。例えば、より複雑なクロックの構成が図２に示されている。図２の通信ネットワークの例では、通常クロック１４は２つの考え得るグランドマスタークロック１０および２０を有する。第１のグランドマスタークロック１０と通常クロック１４の間には透過クロック１８がある。第２のグランドマスタークロック２０と通常クロック１４の間には２つの境界クロック２２および２４が連なって存在する。各中間クロック１８、２０、および２４は、次のクロックに転送されるアナウンスメッセージにそれ自体の品質情報を追加する。

概して、ＩＥＥＥ １５８８を採用する通信ネットワーク内の中間クロックは、それ自体のローカルクロックの信頼度を決定し、決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信アナウンスメッセージの中に信頼度の指標をセットし、発信アナウンスメッセージを送信する。

図３を参照すると、本発明の一実施形態により図１の中間クロック１２によって行われる方法のフローチャートが示されている。ステップ３０で、中間クロックがアナウンスメッセージを受信する。ステップ３２で、中間クロック１２は、中間クロック１２のローカルクロックのタイミング情報の信頼度の指標を決定する。タイミング情報の信頼度は、グランドマスタークロックの周波数に対するローカルクロックの周波数の同期の安定度に直接関連する。中間クロック１２が境界クロックである場合は、境界クロックとマスタークロックの間の同期の欠如に直接起因して、その境界クロックにより提供されるタイミング情報が信頼できないことがあり、その結果、境界クロックは正確な時間を「知らない」ことになる。中間クロック１２が透過クロックである場合は、透過クロックとグランドマスタークロックの間の同期の欠如に起因して、アナウンスメッセージが透過クロックを通過するためにかかる時間は信頼可能には知られない可能性がある。

信頼度は、品質および安定度とは明瞭に異なるものである。品質とは、（一般に）クロックの精度とクラスの静的な尺度である。安定度とは、（一般に）ＰＴＰ基準に対するクロック自体の性能の静的な尺度である。それに反して、信頼度とは、時間と共に変化する可能性のある量である。タイミング情報の信頼度は、デバイスが徐々に安定するにつれて時間と共に変化する可能性がある。その理由は、中間クロックのローカルクロックは、その中間クロックが認知したばかりのマスタークロックに一致するように徐々に調整されるからである。あるクロックは、タイミング情報の信頼度を使用して、その信頼度の指標を含むアナウンスメッセージに関連するマスタークロックを、そのクロックの品質および安定度と共に使用するか否かを決定することができる。例えば、あるクロックに対して、品質と安定度の情報によって、あるアナウンスメッセージに関連するクロックが非常に優良なクロックであることが示されている一方で、信頼度の指標によって、タイミング情報がまだそれほど信頼できないことが示されていてもよい。時間が進行していくと、そのクロックに関連する後続のアナウンスメッセージが示す品質と安定度は同じままであるが、マスタークロックが自身のローカルクロックをグランドマスタークロックに合わせて調節するにつれて、そのアナウンスメッセージ内のタイミング情報の信頼度は改善されるはずである。

ステップ３４で、中間クロックは受信したアナウンスメッセージに含まれる信頼度の指標を決定する。

ステップ３８で、中間クロック１２はスレーブクロックに送信するためのアナウンスメッセージを生成する。中間クロック１２は透過クロックであり、そのため実際には新しいアナウンスメッセージは生成されない場合であるので、「生成する」という語は厳密に使用されておらず、ステップは図３に破線で示される。新しいアナウンスメッセージが作成されるのではなく、ステップ３０で受信されるアナウンスメッセージは透過クロックをそのまま通過して、発信アナウンスメッセージとして転送される。アナウンスメッセージ生成のステップ３８は、中間クロックが境界クロックであるか透過クロックであるかに基づき任意選択で実装されると見なされ、あるいは、「生成」という語は、ステップ３０で受信されたアナウンスメッセージを発信パケットのキューに移送することとして解釈され得る、のいずれかである。

ステップ４０で、中間クロック１２は発信アナウンスメッセージ（中間クロックが境界クロックならステップ３８で生成され、または、中間クロックが透過クロックなら転送される、のいずれか）に、ステップ３２で決定された信頼度の指標とステップ３４で決定されたグランドマスターの信頼度の指標の組合せとなるように、信頼度の指標をセットする。信頼度の指標はＴＬＶ（タイプ−長さ−値）要素として発信アナウンスメッセージにセットされ、このＴＬＶ要素の値はアナウンスメッセージ内のタイミング情報の信頼度の程度を示す。これは、その中間クロックおよび上流のすべてのクロックの累積信頼度を反映する、任意の方法で行うことができる。例えば、クロックが１０、５０、１００または２００マイクロ秒の範囲内で信頼できるというように指標が単純に信頼度の実際の尺度である場合は、信頼度の指標の調節済みの値は、受け取った値とステップ３２で決定された値を単純に加算するだけで決定できる。これは最も簡単な値の調整方法であり得るが、累積信頼度の最悪のシナリオ、すなわちすべての誤差が同じ方向にある場合しか考慮されない。別の実施形態では、値は２乗平均として加えられ、値が急速に変化する場合には有利であり得る。ステップ４２で、中間クロック１２はスレーブポートを通して発信アナウンスメッセージを送信し、このポートは図１に示されるネットワークでは第２の通常クロック１４に繋がっている。

前述した実施形態では、中間クロックは発信アナウンスメッセージ内に、アナウンスメッセージ内のタイミング情報の信頼度の程度を示すＴＬＶ要素の値をセットする。あるいは、中間クロック１２は発信アナウンスメッセージ内に単一ビットの値をセットし、このビットの値は、アナウンスメッセージ内のタイミング情報が信頼できるか否かを示す。そのような実施形態では、ステップ３２で、中間クロックはそれ自体のタイミング情報の信頼度に関してブール決定を行う。例えば、中間クロックのローカルクロックの周波数とグランドマスタークロックのクロックの周波数の差が閾値（２００ＰＰＢ（１０億分率）（または１秒あたりのナノ秒数））を超えたなら、中間クロック１２は、それ自体のタイミング情報が信頼できないと決定し、ブール値は「偽」である。ローカルクロックの周波数とグランドマスタークロックの差が閾値を超えないなら、中間クロック１２は、それ自体のタイミング情報が信頼できると決定し、ブール値は「真」である。中間クロックは、決定した信頼度の指標と受信した信頼度の指標の間でＡＮＤ演算を行うことによって、発信アナウンスメッセージ内に信頼度の指標をセットする。その効果は、すべての上流のクロックがタイミング情報の信頼度において確信できる場合にのみ、通常クロック１４によって最終的に受信されるタイミング情報の信頼度の指標が「真」になることである。

前述した実施形態では、送信されるアナウンスメッセージに挿入する信頼度の指標の値を中間クロックが決定するとき、中間クロックは受信したアナウンスメッセージに含まれる信頼度の指標を考慮に入れる。あるいは、中間クロックは、タイミング情報の信頼度へのそれ自体の寄与の指標を含ませるだけである。そのような実施形態では、図３を参照して前述したステップ３４は、除外される。そのような実施形態では、通常クロックに提供される信頼度情報の精度は劣るが、実装はより簡単であり得る。グランドマスタークロックと通常クロックの間の各中間クロックによって発生する誤差は、互いに打ち消し合う傾向にあるので、不正確さの度合いはいくぶん軽減され得る。例えば、一部の境界クロックは、最初はグランドマスタークロックよりも遅く、一部は、最初はグランドマスタークロックよりも速いことがある。

中間クロックにより実行される前述の方法は、好ましくはソフトウェアの形の論理命令として実装される。あるいは、方法はハードウェアとして、または、ソフトウェアもしくはハードウェアの組合せとして実装されてもよい。ソフトウェアの形であれば、方法の論理はコンピュータプロセッサによって実行可能な形で非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体に格納されてもよい。ハードウェアの形であれば、方法の論理は汎用プロセッサ、ネットワークプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＡＳＩＣ、巨視的回路、または複数のそのようなデバイスによって実装されてもよい。

図４に、中間クロックの一実施形態の簡略化されたブロック線図が、プロセッサアセンブリ１００として示されている。プロセッサアセンブリ１００はコンピュータプロセッサ要素１０２（例えば、中央処理ユニットおよび／またはその他の適切なプロセッサ）を含む。コンピュータプロセッサ要素１０２はメモリ１０４（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリなど）へのアクセスを有する。また、プロセッサ要素１０２およびメモリ１０４は、様々な入出力デバイス（例えば、ユーザ入力デバイス（キーボード、キーパッド、マウスなど）、ユーザ出力デバイス（ディスプレイ、スピーカなど）、入力ポート、出力ポート、受信機、送信機、ストレージデバイス（テープドライブ、フロッピードライブ、ハードディスク、コンパクトディスクドライブなど））を備えるインターフェース１０６と通信状態にある。一実施形態では、前述の方法は、メモリ１０４にロードされてコンピュータプロセッサ要素１０２に方法を実行させる、ソフトウェア命令として実装される。

提示される実施形態は単に例示的なものであり、当業者には、前述の実施形態に対する変形が本発明の趣旨から逸脱することなくなされ得ることが理解される。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲のみにより定められる。

Claims (10)

1. タイミング情報を伝えるためにＩＥＥＥ １５８８メッセージを使用する通信ネットワーク内でタイミング情報を伝達する方法であって、中間クロックで、
   ローカルクロックのタイミング情報の信頼度を決定するステップと、
   受信されたアナウンスメッセージからグランドマスタークロックの信頼度の指標を決定するステップと、
   決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信アナウンスメッセージの中に信頼度の指標をセットするステップと、
   発信アナウンスメッセージを送信するステップと
   を含む、方法。
2. 中間クロックが境界クロックであり、方法が、発信アナウンスメッセージを生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. ローカルクロックのタイミング情報の信頼度を決定するステップが、グランドマスタークロックに一致させるためのローカルクロックの調節の量がどれだけかによって決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 中間クロックが透過クロックであり、受信されたアナウンスメッセージが発信アナウンスメッセージとして、信頼度の指標を発信アナウンスメッセージにセットするステップの後に転送される、請求項１に記載の方法。
5. 信頼度の指標をセットするステップが、ＴＬＶ要素を発信アナウンスメッセージにセットするステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 信頼度の指標をセットするステップが、単一のビットの値を発信アナウンスメッセージにセットするステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. タイミング情報を伝えるためにＩＥＥＥ １５８８メッセージを使用する通信ネットワーク内のネットワーク要素であって、
   ローカルクロックと、
   プロセッサと、
   命令を含むメモリと
   を含み、命令が、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、
   ローカルクロックのタイミング情報の信頼度を決定させ、
   受信されたアナウンスメッセージからグランドマスタークロックの信頼度の指標を決定させ、
   決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信アナウンスメッセージの中に信頼度の指標をセットさせ、
   発信アナウンスメッセージを送信させる、
   ネットワーク要素。
8. ネットワーク要素が境界クロックであり、メモリが、プロセッサによって実行されるとプロセッサに発信アナウンスメッセージを生成させる命令をさらに含む、請求項７に記載のネットワーク要素。
9. ネットワーク要素が透過クロックであり、発信アナウンスメッセージを送信するための命令が、受信されたアナウンスメッセージを発信アナウンスメッセージとして、信頼度の指標を発信アナウンスメッセージにセットした後に転送する命令を含む、請求項７に記載のネットワーク要素。
10. 通信ネットワーク内でタイミング情報を伝達する方法であって、
    中間クロックで、
    ローカルクロックのタイミング情報の信頼度を決定するステップと、
    グランドマスタークロックの信頼度の指標を決定するステップと、
    決定されたローカルクロックの信頼度とグランドマスタークロックの信頼度の指標の組合せとなるように、発信メッセージの中に信頼度の指標をセットするステップと、
    発信メッセージを送信するステップと
    を含む、方法。

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