JP6385849B2 - 時刻同期方法および時刻同期装置 - Google Patents
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Description
tm:Master装置の時刻
ts:Slave装置の時刻
SyncInterval:Syncパケットの送信間隔
DelayReqInterval:DelayReqパケットの送信間隔
SyncGap_m:Syncパケットの送信時刻とインターバルタイマの時刻との差(遅延量)
SyncGap_s:Syncパケットの受信時刻とインターバルタイマの時刻との差(遅延量)
DelayReqGap_s:DelayReqパケットの送信時刻とインターバルタイマの時刻との差(遅延量)
DelayReqGap_m:DelayReqパケットの受信時刻とインターバルタイマの時刻との差(遅延量)
ΔJms,ΔJsm:遅延揺らぎ量(可変値)
A:上り方向の遅延時間と下り方向の遅延時間との差(リンク非対称の遅延時間差)
なお、パラメータの末尾のmはMaster装置101、sはSlave装置102を意味し、ΔJmsはMaster装置101からSlave装置102への下り方向のパラメータ、ΔJsmはSlave装置102からMaster装置101への上り方向のパラメータであることを示す。同様に、tmはMaster装置101側の時刻、tsはSlave装置102側の時刻をそれぞれ示す。以降で説明する各パラメータについても同様のルールで符号を付加する。
(Syncパケット151の遅延揺らぎ量)
図2において、Master装置101(1)とSlave部112(1)との時刻が同期している場合、Master装置101(1)の時刻tm1は、Slave部112(1)の時刻ts1に対応する。そして、例えば、Master装置101(1)が時刻tm1に送信したパケット(Syncパケット151)は、時刻ts1にSlave部112(1)により受信される。ここで、Master装置101からSlave装置102への経路には、伝送路遅延や中継装置の処理遅延などの固定遅延量と、遅延揺らぎ量ΔJmsのような可変遅延量とが存在し、これらの合計時間はts2とts1との時間差に相当する。なお、時刻tx1は、伝送路遅延だけの場合のSyncパケット151の受信時刻を示す。
ΔJms = SyncGap_s … (式1)
(DelayReqパケット152の遅延揺らぎ量)
同様に、Master装置101(1)とSlave部112(1)との時刻が同期している場合、Slave部112(1)の時刻ts3は、Master装置101(1)の時刻tm3に対応する。そして、例えば、Slave部112(1)が時刻ts3に送信したパケット(DelayReqパケット152)は、時刻tm4にMaster装置101(1)により受信される。ここで、Slave部112(1)からMaster装置101(1)への経路には、伝送路遅延や中継装置の処理遅延などの固定遅延量と、遅延揺らぎ量ΔJsmのような可変遅延量とが存在し、これらの合計時間はtm4とtm3との時間差に相当する。なお、時刻tx2は、伝送路遅延だけの場合のDelayReqパケット152の受信時刻を示す。
[Unicastモデルの場合]
DelayReqパケット152の送信間隔が固定値なので、Syncパケット151の場合と同様に、送信側のSlave装置102のインターバルタイマによって生成された送信間隔DelayReqInterval(秒)でDelayReqパケット152が送信される。一方、受信側のMaster装置101(1)は、内部のインターバルタイマによりSlave装置102と同じDelayReqIntervalの間隔がカウントされている。そして、Master装置101(1)は、内部のインターバルタイマの起点(終点)が示すDelayReqIntervalの時刻とDelayReqパケット152の受信時刻との時間差DelayReqGap_mを記録することで、DelayReqパケット152がパケット網103で受けた遅延揺らぎ量ΔJsmを求めることができる。
ΔJsm = DelayReqGap_m … (式2)
[Multicastモデルの場合]
Multicastモデルの場合のDelayReqパケット152の送信間隔DelayReqIntervalはランダムである。例えば、送信側のSlave部112(1)において、DelayReqパケット152の送信間隔は、平均が2log(MinDelayReqInterval)(秒)、範囲は0から2log(MinDelayReqInterval + 1)(秒)の一様分布に従って、ランダムに決定される。そして、Slave部112(1)は、ランダムに決定されたDelayReqIntervalの送信間隔でDelayReqパケット152をMaster装置101(1)に送信する。このとき、Slave部112(1)は、内部のインターバルタイマにより生成されたDelayReqIntervalの起点(終点)の時刻と、上記のようにして決定されたランダムの時間間隔で送信されるDelayReqパケット152の送信時刻と、の時間差DelayReqGap_sを記録する。一方、受信側のMaster装置101(1)は、Unicastモデルと同様に、内部のインターバルタイマにより生成されたDelayReqIntervalの起点(終点)の時刻と、DelayReqパケット152の受信時刻と、の時間差DelayReqGap_mを記録する。
ΔJsm = DelayReqGap_m - DelayReqGap_s … (式3)
なお、例えばインターバルタイマのカウントの起点を0とし、インターバルタイマの起点より早い場合は負の値、遅い場合は正の値を取ることとする。
(処理詳細)
次に、Slave装置102のSlave部112(1)における時刻offsetの算出方法について詳しく説明する。
ΔJms = SyncGap_s … (式4)
ΔJsm = DelayReqGap_m … (式5)
なお、送信側の装置内で処理時間のばらつきなどにより生じた装置内遅延を差し引くようにしてもよい。この場合、例えば(式4)は、Master装置101(1)の装置内遅延をSyncGap_mとすると、パケット網で受けた遅延揺らぎ量ΔJmsは、SyncGap_s - SyncGap_mとして求めることができる。
ΔJms = SyncGap_s … (式6)
ΔJsm = DelayReqGap_m - DelayReqGap_s … (式7)
また、時刻offsetは、Master装置101(1)の時計に対するSlave部112(1)の時計の時刻差であり、(式8)で求められる。
offset = ts - tm … (式8)
なお、tm:Master装置101(1)の時刻、ts:Slave部112(1)の時刻を示す。
遅延時間D = 伝送路遅延T + 装置処理遅延P + 遅延揺らぎΔJ … (式9)
ここで、D:Master装置101(1)の時刻、ts:Slave装置102の時刻を示す。
(リンク非対称の遅延時間差)
遅延時間は、Master装置101(1)からSlave装置102への方向と、Slave装置102からMaster装置101(1)への方向とで値が異なるというリンク非対称の問題がある。
各パラメータを以下の通り定義する。
Tms,Tsm:中継伝送路における伝送路遅延(固定値)
Pms,Psm:中継装置の処理遅延(固定値)
ΔJms,ΔJsm:中継装置でのパケット衝突による遅延揺らぎ量(可変値)
Dms,Dsm:遅延量
A:上り方向の遅延時間と下り方向の遅延時間との遅延時間差
ここで、Master装置101(1)とSlave部112(1)との間で送受信されるパケットの遅延量DmsおよびDsmは、(式10)および(式11)の関係がある。
Dms = Tms + Pms + ΔJms … (式10)
Dsm = Tsm + Psm + ΔJsm … (式11)
また、遅延揺らぎ量を補正した後の遅延量Dms’およびDsm’は、(式12)および(式13)で表され、上り方向の遅延時間と下り方向の遅延時間との遅延時間差Aは(式14)で表される。
Dms’= Tms + Pms … (式12)
Dsm’= Tsm + Psm … (式13)
A = Dms’- Dsm’
= (Tms + Pms) - (Tsm + Psm) … (式14)
次に、Slave部112(1)側での時刻のoffsetの算出およびリンク非対称の遅延時間差の補正方法について説明する。なお、offsetは、Master装置101(1)の時計に対するSlave部112(1)の時計の時刻のずれであり、(式15)で表される。
offset = ts - tm … (式15)
ここで、図1の0系の時刻パスにおいて、Master装置101(0)の時計に対するSlave装置102のSlave部112(0)の時計の時刻のずれをoffset(0)とすると、(式16)および(式17)の関係を有し、offset(0)は(式18)により導出される。
ts2(0) - tm1(0) = Tms(0) + offset(0) … (式16)
tm4(0) - ts3(0) = Tsm(0) - offset(0) … (式17)
offset(0) = [(ts2(0) - tm1(0)) - (tm4(0) - ts3(0)) - (Tms(0) - Tsm(0))] / 2 … (式18)
一方、図1の1系の時刻パスにおいて、Master装置101(1)の時計に対するSlave装置102のSlave部112(1)の時計の時刻のずれをoffset(1)とすると、(式19)および(式20)の関係を有し、offset(1)は(式21)により導出される。
ts2(1) - tm1(1) = Dms’(1) + ΔJms(1) + offset(1) … (式19)
tm4(1) - ts3(1) = Dsm’(1) + ΔJsm(1) - offset(1) … (式20)
offset(1) = [(ts2(1) - ΔJms(1) - tm1(1)) - (tm4(1) - ΔJsm(1) - ts3(1)) - (A(1))] / 2 … (式21)
ここで、遅延時間差Aは未知量であるため、Slave部112(1)の1系の時刻パスでは時刻誤差A(1)/2が生じる。このとき、Aに起因する時刻誤差ΔTは、0系の時刻パスと1系の時刻パスとの差分として(式22)により算出できる。
ΔT = ts(1) - ts(0)
= tm(1) - tm(0) + offset(1) - offset(0) … (式22)
そして、(式23)に示すように、時刻誤差ΔTを1系の時刻パスの時刻(ts(1))に加算することで、リンク非対称による遅延時間差を除去した時刻(ts(1)')を求めることができる。
ts(1)’ = ts(1) - ΔT … (式23)
以上のように、0系の時刻パスの時刻誤差と同程度に1系のパスの時刻をMaster装置101(1)の時刻に合せることが可能となる。本実施形態の処理を実施することで、1系の時刻パスにおいて、インターバルカウンタのカウント始点(終点)がMaster装置101(1)とSlave部112(1)との間でずれていることに起因する0系の時刻パスとの時刻誤差を解消できる。
Claims (6)
- 基準時刻を有するマスター装置とスレーブ装置との間で時刻情報を含むIEEE1588規格の時刻同期パケットを送受信して前記スレーブ装置の時刻を前記マスター装置の時刻に同期させる時刻同期方法において、
前記スレーブ装置は、遅延揺らぎが無く且つリンク対称の遅延時間を有する第1の時刻パスの計時部と、遅延揺らぎが有り且つリンク非対称の遅延時間を有する第2の時刻パスの計時部と、を有し、
前記スレーブ装置は、
前記第2の時刻パスのマスター装置が予め決められた送信間隔で送信する前記時刻同期パケットの受信時刻と、前記第2の時刻パスのマスター装置と周波数同期されたクロックで動作する前記第2の時刻パスの計時部が前記第2の時刻パスのマスター装置により送信される前記時刻同期パケットの時間間隔と同じ周期で生成する時刻と、の第1の時間差を遅延揺らぎ量として求め、
前記第1の時刻パスのマスター装置との間で送受信する前記時刻同期パケットの時刻情報および時刻のずれと、前記第2の時刻パスのマスター装置との間で送受信する前記時刻同期パケットの時刻情報および時刻のずれと、のそれぞれの差分により、リンク非対称による時刻誤差を求め、前記第2の時刻パスの時刻のずれを補正する
ことを特徴とする時刻同期方法。 - 請求項1に記載の時刻同期方法において、
前記スレーブ装置は、前記第2の時刻パスのマスター装置が送信する前記時刻同期パケットを動作開始時に受信した時刻を基準にして、前記第2の時刻パスのマスター装置が前記時刻同期パケットを送信する時間間隔と同じ周期で時刻を出力するインターバルタイマを起動する
ことを特徴とする時刻同期方法。 - 請求項1または請求項2に記載の時刻同期方法において、
前記第2の時刻パスのマスター装置は、送信間隔をランダムに変動させて前記時刻同期パケットを送信する場合の前記時刻同期パケットの送信時刻と、前記第2の時刻パスのマスター装置が前記予め決められた送信間隔で前記時刻同期パケットを送信する場合の送信時刻と、の第2の時間差を算出して前記スレーブ装置に通知し、
前記スレーブ装置は、前記第1の時間差と前記第2の時間差との差分を前記遅延揺らぎ量として求める
ことを特徴とする時刻同期方法。 - 遅延揺らぎが無く且つリンク対称の遅延時間を有する第1の時刻パスと、遅延揺らぎが有り且つリンク非対称の遅延時間を有する第2の時刻パスと、を有し、それぞれの時刻パスにおいて基準時刻を有するマスター装置が予め決められた時間間隔で送信するIEEE1588規格の時刻同期パケットを受信する受信部と、
前記第1の時刻パスのマスター装置と周波数同期されたクロックで動作する前記第1の時刻パスの計時部と、
前記第2の時刻パスのマスター装置と周波数同期されたクロックで動作する前記第2の時刻パスの計時部と、
前記受信部が前記第2の時刻パスのマスター装置が予め決められた送信間隔で送信する前記時刻同期パケットを受信した時刻と、前記第2の時刻パスの計時部が前記第2の時刻パスのマスター装置により送信される前記時刻同期パケットの時間間隔と同じ周期で生成する時刻と、の第1の時間差を遅延揺らぎ量として求める算出部と、
前記第1の時刻パスの計時部に対して求められる前記第1の時刻パスのマスター装置との間で送受信する前記時刻同期パケットの時刻情報および時刻のずれと、前記第2の時刻パスの計時部に対して求められる前記第2の時刻パスのマスター装置との間で送受信する前記時刻同期パケットの時刻情報および時刻のずれと、のそれぞれの差分により、リンク非対称による時刻誤差を求め、前記第2の時刻パスの時刻のずれを補正する遅延揺らぎ補正部と
を有することを特徴とする時刻同期装置。 - 請求項4に記載の時刻同期装置において、
前記第2の時刻パスの計時部は、前記第2の時刻パスのマスター装置が送信する前記時刻同期パケットを動作開始時に受信した時刻を基準にして、前記第2の時刻パスのマスター装置が前記時刻同期パケットを送信する時間間隔と同じ周期で時刻を出力するインターバルタイマを起動する
ことを特徴とする時刻同期装置。 - 請求項4または請求項5に記載の時刻同期装置において、
前記遅延揺らぎ補正部は、前記第2の時刻パスのマスター装置が送信間隔をランダムに変動させて送信する場合の前記時刻同期パケットの送信時刻と、前記第2の時刻パスのマスター装置が前記予め決められた送信間隔で前記時刻同期パケットを送信する場合の送信時刻と、の第2の時間差を示す情報を前記マスター装置から受信し、前記第1の時間差と前記第2の時間差との差分を前記遅延揺らぎ量として求める
ことを特徴とする時刻同期装置。
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