JP6471368B2 - 時間同期化方法 - Google Patents

Description

本実施例は、時間同期化方法に関するものとして、特に装置間の時間同期化のための方法に関するものである。

装置間のデータ送受信のためには、各装置間の同期化が必要である。このとき、一般的に各装置のうち特定の一つの装置またはマスター装置から転送される時間情報に基づいて、装置と連動される少なくとも一つの装置がマスター装置の時間を追従することになる。

即ち、通信ネットワークで連結される装置のうち、マスター装置はデータを転送するとき、タイムスタンプを含むメッセージを転送する。このとき、タイムスタンプは、メッセージが転送される瞬間の時間または装置の時間情報を含むことができる。マスター装置と連結されるスレーブ装置は、マスター装置から受信されるメッセージに含まれたタイムスタンプに基づいて、時間同期化を行うことができる。

図１は、従来の装置間の時間同期化動作を説明するためのブロック構成図である。

図１に示すように、サーバ１０及びクライアント２０から構成される従来の通信システムは、時間同期化のためにソフトウェアハンドシェイク方式で行うことができる。ソフトウェアハンドシェイク方式は、クライアント２０がサーバ１０に時間要請パケットを転送すると（Ｓ１１）、サーバ１０はクライアント２０から要請された時間要請パケットに応答して、サーバの現在時間情報（Ｔ）を応答パケットとして転送する（Ｓ１２）。

クライアント２０は、サーバ１０から受信した現地時間情報に基づいて、下記の数学式１により現在時間を設定することができる。
［数学式１］
クライアントの現在時間＝Ｔ＋ＲＴＴ／２

即ち、クライアント２０は、サーバ１０に時間要請パケットを転送し、それによる応答信号に含まれたサーバの現在時間情報（Ｔ）に、時間要請パケット送信後応答受信まで必要とされた時間のうちのパケット転送時間を除いた時間（ＲＴＴ／２）を足してクライアントの現在時間を設定することができる。

上記のようなソフトウェアハンドシェイク方式による装置間の時間同期化は、装置間通信パケットに対する送受信及び解釈が要求されるので、データ送受信装置及びシステムによって、数ｍｓの装置間の時間誤差が発生する可能性がある。また、このような方式で精密な時間同期を具現不可能なものではないが、このような方式を採用する場合、通信パケット解釈が先に処理されなければならないことによる装置の追加的な負荷が要求される。従って、システム運営に制約が生じたり、それによる時間的損失が発生する可能性がある。

本実施例は、装置間の効率的な時間同期化のための時間同期化方法及びその装置を提供する。また、本実施例は、装置間の動作に要求される負荷を最小化し、精密な時間同期を具現できる時間同期化方法及び装置を提供する。

本実施例に係る時間同期化方法は、第１装置からデータを受信するステップと、前記受信されたデータに含まれる第１装置の時間情報を確認するステップと、前記確認された時間情報に基づいて、時間誤差を補正するステップと、を含み、前記時間誤差補正は、前記第１装置との誤差時間に応じた補正定数によって補正されることを特徴とする。

従来の時間同期化動作を説明するためのブロック構成図である。 本発明の実施例に係る時間同期化動作を説明するためのブロック構成図である。 本発明の実施例に係る第１装置のデータ送受信動作のフローチャートである。 本発明の実施例に係る第２装置のデータ送受信動作のフローチャートである。 本発明の実施例に係る装置間の時間同期化動作のフローチャートである。

本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。

従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例がありえることは、当業者にとって明らかである。

図２は、本発明の実施例に係る時間同期化動作を説明するためのブロック構成図である。

図２に示すように、本発明の実施例に係るデータ送受信システム１０００は、第１装置１００及び少なくとも一つの第２装置２００から構成される。本発明の実施例に係るデータ送受信システム１０００は、第１装置１００がマスター装置で、第２装置がスレーブ装置として例示するが、第１及び第２装置が同一装置から構成されることができ、またはシステムの構成に応じて流動的にマスター装置を設定することができる。従って、システムの構成は限定されたものではない。また、第２装置は複数個から構成できるが、これに限定されるものではない。

マスター装置１００は、第１通信部１１０、第１制御部１２０及び第１貯蔵部１３０を含むことができる。

第１通信部１１０は、第１発振器１１１及び第１時間補正部１１２を含むことができる。

第１発振器１１１は、クロック信号を生成し、生成されたクロック信号に基づいて装置の動作を実行することができる。第１発振器１１１は、第１通信部１１０に含まれずに、別途に構成することができる。

第１時間補正部１１２は、第１発振器１１１の信号によって所定周期に応じて装置の時間を設定することができる。

第１制御部１２０は、転送しようとするデータを送信バッファに記録し、受信しようとするデータを受信バッファで受信できるように、第１通信部１１０を制御することができる。また、第１制御部１２０は、第１通信部１１０のクロック信号に基づいてデータを送受信するように制御することができる。また、第１制御部１２０は、スレーブ装置２００から受信されるデータを確認して、データ送信時にマスター装置１００の時間情報を含めて転送するようにすることができる。

第１貯蔵部１３０は、装置間送受信できるデータを貯蔵することができる。また、第１貯蔵部１３０は、ネットワークで連結される装置の識別情報及び状態情報を貯蔵することができる。第１貯蔵部１３０は、装置の特性に応じてスレーブ装置として動作する場合、マスター装置から受信される時間情報及びそれによる時間補正情報を貯蔵することができる。

スレーブ装置２００は、マスター装置１００と類似する構成を有することができる。スレーブ装置２００は、第２通信部２１０、第２制御部２２０及び第２貯蔵部２３０を含むことができる。

スレーブ装置２００の第２通信部２１０は、第２発振器２１１及び第２時間補正部２１２を含むことができる。

スレーブ装置２００の第２通信部２１０に構成される第２発振器２１１は、マスター装置１００と同一構成の第２発振器２１１を含むことができる。第２発振器２１１も所定周期ごとにクロックを発生し、クロックに応じてスレーブ装置２００の動作を実行することができる。

第２時間補正部２１２は、マスター装置１００から受信される時間情報に基づいて、スレーブ装置２００の時間をマスター装置１００の時間に収束するように時間を補正することができる。具体的に、第２時間補正部２１２は、マスター装置１００の時間情報を取得し、取得された時間情報と現在スレーブ装置２００の時間情報及び時間補正定数を利用して、マスター装置１００の時間とスレーブ装置２００との間の時間を同期化することができる。第２時間補正部２１２の動作及び本発明の実施例に係る時間補正動作は、図６を参照して詳しく説明する。

制御部２２０は、マスター装置１００から取得される時間情報に基づいて、時間第２補正部２１２にて誤差時間を補正及び補償できるように制御することができる。第２制御部２２０は、補正された時間に基づいて、データを送受信できるように制御することができる。

第２貯蔵部２３０は、マスター装置１００及びネットワークで連結される装置間に送受信できるデータを貯蔵することができる。第２貯蔵部２３０は、マスター装置１００またはネットワークで連結された装置から取得される時間情報を貯蔵し、第２時間補正部２１２にて補正する時間補正情報データ及び補正された時間情報を貯蔵することができる。第２貯蔵部２３０に貯蔵される時間補正情報データは、マスター装置１００から受信した時間情報に応じた補正定数及び補正施行回数などを含むことができる。第２貯蔵部２３０は、補正された時間情報及びそれに応じた補正定数を貯蔵することができる。

上述したような本発明の実施例に係る装置の構成を基に、及び図３〜図５を参照して、本発明の実施例に係るデータ送受信動作に対して詳しく説明する。

図３は本発明の実施例に係る第１装置のデータ送受信動作のフローチャートであり、図４は本発明の実施例に係る第２装置のデータ送受信動作のフローチャートである。

図３に示すように、第１装置１００、即ち本発明の実施例に係るマスター装置１００の第１制御部１２０は、スレーブ装置２００に転送するデータを送信バッファに記録することができる（Ｓ３１０）。

第１制御部１２０は、送信バッファへのデータの書き込みが完了すると、ＣＳ(Chip Select)信号をイネーブルすることができる（Ｓ３２０）。

第１制御部１２０は、スレーブ装置２００のイネーブル(Enable)信号がイネーブルされたか否かを判断することができる（Ｓ３３０）。

第１制御部１２０は、スレーブ装置２００からデータ受信が可能となるようにイネーブル信号がイネーブルされたと判断されると、第１発振器１１１にてクロック信号を生成することができる（Ｓ３４０）。

第１制御部１２０は、生成されるクロック信号に基づいて、送信バッファに記録されたデータを該スレーブ装置２００に転送することができる。

マスター装置１００の動作に応じてデータを送受信するためのスレーブ装置２００のデータ送受信動作を、図４を参照して説明する。

図４に示すように、スレーブ装置２００は、第２制御部２２０の制御に基づいて、マスター装置１００に転送するためのデータを送信バッファに記録することができる（Ｓ４１０）。

第２制御部２３０は、送信バッファへのデータの書き込みが完了すると、マスター装置１００のＣＳ信号がイネーブルされたか否かを判断することができる（Ｓ４２０）。

第２制御部２３０は、マスター装置１００のＣＳ信号がイネーブルされたと判断されると、イネーブル信号をイネーブルすることができる（Ｓ４３０）。即ち、スレーブ装置２００の第２制御部２３０は、送信バッファに記録したデータをマスター装置１００に転送するために、マスター装置１００のＣＳ信号がイネーブルされると、イネーブル信号をイネーブルする。従って、マスター装置１００からデータを受信または転送できる状態となることができる。

第２制御部２３０は、イネーブル信号がイネーブルされると、第２発振器２１１にてクロック信号を生成することができる。生成された第２発振器２１１のクロック信号に基づいて、データを送信または受信することができる。

このとき、本発明の実施例に係る第２装置、即ちスレーブ装置は、マスター装置から受信されるデータに含まれるマスター装置の時間情報を確認し、確認された時間情報に基づいてスレーブ装置の時間を補正することができる。

以下、図５を参照して、本発明の実施例に係る装置間の時間同期化方法を詳しく説明する。

図５は、本発明の実施例に係る装置間の時間同期化動作のフローチャートである。

図５に示すように、本発明の実施例に係る第１装置１００と第２装置２００は、上述した装置間のデータ送受信時に含まれる時間情報に基づいて、装置間の時間同期化を行うことができる。

第１装置１００及び第２装置２００、即ちマスター装置１００と少なくとも一つのスレーブ装置２００は、時間同期化を行うためにそれぞれの装置の時間情報を初期化することができる（Ｓ５０２）。

マスター装置１００及びスレーブ装置２００の時間情報の初期化が完了すると、上述した図３及び図４の説明のように、装置間の相互データを送受信することができる（Ｓ５０４）。

このとき、スレーブ装置２００は、マスター装置１００から受信されるデータに含まれるマスター装置１００の時間情報を確認することができる（Ｓ５０６）。

スレーブ装置２００は、マスター装置１００とのデータ送受信が完了した時点、即ちデータ送受信時に最後に受信したマスター装置１００のデータに含まれた時間情報に基づいて、スレーブ装置２００の時間情報を補正することができる（Ｓ５０８）。

スレーブ装置２００の時間情報は、下記の数学式２によって補正することができる。
［数学式２］
第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ］＝Ｔｂ＋第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］−α・（第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］−第１装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］）、（０<α<１）

数学式２のように、データ送受信が完了した時点にマスター装置１００の時間情報に基づいて補正されるスレーブ装置２００の時間は、スレーブ装置の時間とスレーブ装置の時間及び受信されたマスター装置の時間の差に補正定数（α）を掛けた値に対する差として算出される。このとき、補正定数（α）は、０と１の間の値を取ることができる。

上記したように、数学式２によって補正されたスレーブ装置２００は、マスター装置１００と時間が同期化され、次のデータ送受信動作が発生する時まで、補正された時間に基づいて時間をカウントすることができる。図５の実施例では、第１データ送受信が完了した以後、所定時間（Ｔａ、Ｔｂ）（または、周期（１Ｔ））以後に第２データ送受信が行われることを例として説明する。

マスター装置１００とスレーブ装置２００は、Ｔａ、Ｔｂ時間（１Ｔ）以後にデータ送受信動作を実行することができる。

スレーブ装置２００は、第２データ送受信動作が完了すると、第１データ送受信動作が完了した時点に行った時間補正動作を再実行することができる。

即ち、スレーブ装置２００は、第２データ送受信動作が完了すると、マスター装置１００とのデータ送受信が完了した時点、即ちデータ送受信時に最後に受信したマスター装置１００のデータに含まれた時間情報を確認することができる（Ｓ５１２）。

スレーブ装置２００は、確認された時間情報に基づいて、スレーブ装置２００の時間情報を補正することができる（Ｓ５１４）。

第２データ送受信以後にスレーブ装置２００の時間補正は、上記した数学式２に基づいて行うことができる。

このとき、マスター装置１００から受信された時間は、第１データ送受信時に転送した時間情報に、第２データ転送時点、即ちＴａ時間経過分が加えられた時間となる。

従って、スレーブ装置２００の時間は、数学式２によって補正することができる。
第２装置_Ｔｉｍｅ［２］＝Ｔｂ＋第２装置_Ｔｉｍｅ［１］−α・（第２装置_Ｔｉｍｅ［１］−第１装置_Ｔｉｍｅ［１］）＝２Ｔｂ−α・（Ｔｂ−Ｔａ）、（０<α<１）

即ち、第１データ送受信以後、Ｔａ、Ｔｂ時間が経過した時点で実行した第２データ送受信動作が完了した時点のスレーブ装置２００の時間は、第１データ送受信時に補正された時間に、増加した時間を加えて算出することができる。

マスター装置１００とスレーブ装置２００は、Ｔａ、Ｔｂ（２Ｔ）以後に、上述したような動作に基づいて第３データ送受信動作を実行することができる（Ｓ５１６）。

上述したように、マスター装置１００とスレーブ装置２００は、データ送受信を実行し、マスター装置１００から受信されたデータに含まれた時間情報に基づいてスレーブ装置２００は時間を補正することで、マスター装置１００と時間同期化を行うことができる。従って、スレーブ装置２００は、ｎ回マスター装置１００とデータ送受信及び時間補正を行った時の時間は、下記の数学式３のように定義することができる。

［数学式３］

数学式３によれば、マスター装置１００とスレーブ装置２００、即ち第１装置と第２装置がデータを送受信し、第２装置が第１装置の時間情報に基づいて時間を補正した回数（ｎ）が大きくなるほど、第１及び第２装置間の時間誤差は
に収束することができる。即ち、第１及び第２装置間のデータ送受信周期の差（Ｔｂ−Ｔａ）に補正定数（α）を除した値に誤差が収束される。

また、補正定数（α）は、０と１の間の値に設定することができる。補正定数（α）が１の近似値であるほど補正値が大きくなる。従って、一時的な誤差発生時には、誤差補正のための変動値が大きくなる。また、補正定数（α）が０の近似値であるほど誤差値が０に収束することができる。従って、第１及び第２装置間または装置間の誤差が基準誤差以上である場合、補正定数（α）を１の近似値に設定して時間補正を行い、誤差が基準誤差未満である場合、補正定数（α）を０の近似値に設定して時間補正を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はその特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施例や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

Claims (5)

1. 第２装置が時間を同期化する方法であって、
   既設定された時間情報を初期化するステップと、
   第１装置からデータを受信するステップと、
   前記受信されたデータの中から、最後に受信したデータに含まれる前記第１装置の時間情報を確認するステップと、
   前記確認された時間情報に基づいて、前記第２装置の時間値を補正して前記第１装置の時間に同期するステップと、
   を含み、
   前記第２装置の時間値は、
   第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ］＝Ｔｂ＋第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］−α・（第２装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］−第１装置_Ｔｉｍｅ［ｎ−１］）、（０<α<１）
   のように表され、
   αは０と１の間で設定された定数であり、
   ｎは補正回数（データ送受信回数）であり、
   前記第２装置の時間値は、前記第１装置とデータ送受信をｎ回行う場合、補正定数（α）及び補正回数（データ送受信回数）（ｎ）に基づいて決定され、
   のように表され、
   Ｔａは、前記第１装置の送受信周期であり、Ｔｂは、前記第２装置の送受信周期であることを特徴とする時間同期化方法。
2. 前記第１装置からデータを受信するステップは、前記第１装置からＣＳ信号がイネーブルされると、イネーブル信号をイネーブルしてクロック信号に基づいてデータを送受信する、請求項１に記載の時間同期化方法。
3. 前記第２装置の時間値、補正定数と補正回数を貯蔵するステップを含む、請求項１に記載の時間同期化方法。
4. 前記補正定数（α）は、前記第１装置との時間誤差範囲が基準値以上である場合、１の近似値に設定して前記第２装置の時間値を補正する、請求項１に記載の時間同期化方法。
5. 前記第１装置の時間情報に基づいて、時間を補正した回数（ｎ）が増加するほど前記第１装置との時間誤差は
   に収束する、請求項１に記載の時間同期化方法。