JP6581254B1 - クロック調整装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、適切にクロックを調整することができるクロック調整装置及びプログラムを提供する。【解決手段】タイムサーバ１０では、時差管理部２６によって通信途絶を検出した場合に、通知処理部３２によって、現在の時差を、現在の時差の時系列を考慮した安定時差で更新すると共に、固有歩度を、固有歩度の時系列を考慮した安定歩度で更新する。自クロック調整部３４は、現在の時差に基づいて、時差解消歩度を計算し、時差解消歩度、及び固有歩度に基づいて、自システムクロック部２２に対する現在の歩度を決定して、自システムクロック部２２へ出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、クロック調整装置及びプログラムに係り、特に、自装置のクロックを調整するクロック調整装置及びプログラムに関する。

従来より、参照クロックからの時刻情報を取得して自装置の精密なクロックを合わせ、配下の装置に対して時刻を配信するタイムサーバがある。

タイムサーバは定期的に参照クロックから時刻情報を受信し、自クロックと参照クロックの時差を確認する。通常は時差に基づいた計算によって、自クロックの現在歩度Ｆを決定する。また、この計算は、参照クロックとの歩度を合わせる部分と時差を解消する部分の加算によって求められる。

また、自走モードにおけるタイムスタンプを、ローカル時刻とクロックカウンタのカウント値とロングカウンタのカウント値とに基づいて生成するタイムスタンプ生成装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１６−１６４５０５号公報

タイムサーバのクロックが参照クロックに対して遅れがある場合、本来の正しい歩度を速めて時差を0にしようとするが、この同期途中で、何らかの理由により参照クロックからの時刻情報を受信できなくなるケースがある。この場合、タイムサーバは参照クロックとの正確な時差を確認できなくなるため、歩度の調整ができなくなる。

特に、参照クロックとの歩度を合わせる部分が正しく計算されていない場合、時差を解消する部分によって推定時差を解消したつもりになっていても、自クロックと参照クロックの間に歩度差があるため、結果的に真の時差は解消されないまま拡大してしまう。

また、上記特許文献１に記載のタイムスタンプ生成装置では、信号を受信できない場合に即自走モードを開始するため、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出される条件を満たすまでに時間を要する場合には対応できない。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、真の時差を推定でき、適切にクロックを調整することができるクロック調整装置及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るクロック調整装置は、参照クロックの時刻情報を受信する通信部と、現在の歩度に基づいて決定される時刻情報を出力するクロック部と、前記クロック部が出力する時刻情報と、前記参照クロックの時刻情報との現在の時差を計算する時差計算部と、前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していないことを表す通信途絶を検出する時差管理部と、前記現在の時差に基づいて、前記参照クロックとの時差を解消するための時差解消歩度を計算し、前記時差解消歩度、及び前記参照クロックの速度に合わせるための固有歩度に基づいて、前記クロック部に対する現在の歩度を決定して、前記クロック部へ出力すると共に、前記時差解消歩度及び前記固有歩度に基づいて、次時刻の時差を推定することを繰り返す通常時用時差推定部と、前記固有歩度の時系列を考慮した安定歩度、及び前記現在の歩度に基づいて、前記現在の時差の時系列を考慮した安定時差を推定することを繰り返す通信途絶時用時差推定部と、前記固有歩度の時系列に基づいて、前記安定歩度を推定する安定歩度推定部と、前記時差計算部によって前記現在の時差が計算された場合に、前記現在の時差に基づいて、前記固有歩度を更新し、前記時差管理部によって通信途絶を検出した場合に、前記現在の時差を、前記安定時差で更新すると共に、前記固有歩度を、前記安定歩度で更新する通知処理部と、を含んで構成されている。

この発明によれば、通信途絶を検出した場合に、現在の時差を、現在の時差の時系列を考慮した安定時差で更新すると共に、固有歩度を、固有歩度の時系列を考慮した安定歩度で更新することにより、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、真の時差を推定でき、適切にクロックを調整することができる。
ここで、歩度とは、クロックの進み又は遅れの度合いであり、例えば、１秒あたりに速くする又は遅くする長さ（ナノ秒）である。また、参照クロックの速度とは、参照クロックでの１秒の長さ（ナノ秒）である。

また、前記クロック調整装置において、前記時差管理部は、前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していないことを所定回数連続して検出した場合、又は前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していない状態が所定時間継続した場合に、前記通信途絶を検出することができる。

また、前記クロック調整装置において、前記安定歩度推定部は、前記固有歩度の時系列の平均を、前記安定歩度として推定するようにすることができる。

この発明によれば、適切な安定歩度を推定することができる。

また、本発明のプログラムは、コンピュータを、本発明のクロック調整装置の各部として機能させるためのプログラムである。

この発明によれば、通信途絶を検出した場合に、現在の時差を、現在の時差の時系列を考慮した安定時差で更新すると共に、固有歩度を、固有歩度の時系列を考慮した安定歩度で更新することにより、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、真の時差を推定でき、適切にクロックを調整することができる。

本発明によれば、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、真の時差を推定でき、適切にクロックを調整することができる。

本発明の実施の形態に係るクロック調整システムの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの時差管理処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの安定歩度推定処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの通知処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの通常時用推定時差計算処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態に係るタイムサーバの通信途絶時用推定時差計算処理のフローチャートを示す図である。 真の時差と推定時差との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態の概要を説明する。

本発明の実施の形態では、タイムサーバ内に、短期的に正確な固有歩度以外に、長期的に正確な歩度（過去の固有歩度の時系列を考慮した歩度）をそれぞれ推定する処理部を設ける。参照クロックからの時刻情報を受信できなくなった場合に、現在の歩度Ｆの計算に、短期的に正確な固有歩度ではなく、長期的に正確な歩度を利用する。具体的には、短期的に正確な固有歩度に加えて長期的に正確な歩度（過去の固有歩度の時系列を考慮した歩度）を推定し、長期的に正確な歩度を元に現在の時差を推定する。

また、参照クロックからの情報を受信できないと判断した場合に、推定時差を短期的に正確な歩度による推定から長期的に正確な歩度による推定に切り替える。この切り替えと同時に現在歩度を長期的に正確な歩度に切り替える。

これにより、参照クロックから時刻情報を取得できない状況においても、参照クロックと自クロックとの時差を可能な限り正確に推定でき、結果的に正確な時刻配信を可能とすることができる。

＜本発明の実施の形態のシステム構成＞
本発明の実施の形態に係るクロック調整システムの構成について説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係るクロック調整システム１００は、タイムサーバ１０と、参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎと、クライアント端末１８とを備えており、タイムサーバ１０と、クライアント端末１８とは、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク３を介して接続され、タイムサーバ１０と参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎとは、ネットワーク３とは別のネットワークや専用通信（例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）やＴｅｌ−ＪＪＹ（電話回線による標準時提供））を介して接続されている。なお、タイムサーバ１０が、クロック調整装置の一例である。

タイムサーバ１０は、参照クロックの時刻情報を用いて、自装置のクロックを調整し、時刻情報を、クライアント端末１８へ配信するサーバである。

参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎは、参照クロックの時刻情報を発信するサーバ装置である。参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎの具体的な態様についての説明は省略するが、参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎは、参照クロックを有し、参照クロックの時刻情報を、ネットワーク３とは別のネットワークや専用通信を介して配信する。

本実施の形態におけるタイムサーバ１０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する各種処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。このタイムサーバ１０は、機能的には図２に示すように、第１通信部２０と、第２通信部２１と、自システムクロック部２２と、時差計算部２４と、時差管理部２６と、安定歩度推定部２８と、自システムクロック制御部３０とを備えている。

第１通信部２０は、ネットワーク３とは別のネットワークや専用通信を介して、参照クロック発信装置１６−１〜１６−ｎから参照クロックの時刻情報を受信する。また、第２通信部２１は、ネットワーク３を介して、自システムクロック部２２から出力された自クロックの時刻情報を、クライアント端末１８へ送信する。

自システムクロック部２２は、現在の歩度に基づいて自クロックの時刻情報を決定して、時差計算部２４及び通信部２０に出力する。なお、自システムクロック部２２は、クロック部の一例である。

時差計算部２４は、参照クロックの時刻情報を受信したときに、自クロックの時刻情報と、参照クロックの時刻情報との現在の時差を計算する。時差計算部２４は、参照クロックの時刻情報を受信していない間は、現在の時差を計算しない。

時差管理部２６は、所定時間間隔（例えば、数十秒〜数分毎）で、時差計算部２４によって計算された現在の時差を取得し、取得した現在の時差を自システムクロック制御部３０に通知する。

また、時差管理部２６は、所定回数（例えば、８回）連続して現在の時差の取得を失敗した場合には、参照クロック発信装置１６との通信途絶を検出し、通信途絶を自システムクロック制御部３０に通知する。

安定歩度推定部２８は、所定時間毎に、参照クロックの速度に合わせるための固有歩度の時系列に基づいて、安定歩度を推定して、自システムクロック制御部３０に通知する。例えば、所定時間（例えば、30分〜1時間）毎に、自システムクロック制御部３０により計算された固有歩度Ｆ_Iを取得して、過去24時間分の固有歩度Ｆ_Iを記憶しておき、固有歩度Ｆ_Iの平均値を計算し、安定歩度Ｆ_{stab_new}として出力する。

自システムクロック制御部３０は、通知処理部３２と自クロック調整部３４とを備えている。なお、自クロック調整部３４が、通常時用時差推定部及び通信途絶時用時差推定部の一例である。

通知処理部３２は、時差計算部２４によって現在の時差が通知された場合に、現在の時差に基づいて、参照クロックが自クロックに対して進んでいれば、自クロックの歩度を速め、遅れていれば自クロックの歩度を緩めるように、固有歩度を更新すると共に、現在の時差に基づいて、安定時差を更新する。

具体的には、以下の式に示すように、通知された時差Ｔ_{offs_now}を、現在の時差Ｔ_offsとして、現在の時差Ｔ_offsに基づいて、参照クロックと自クロックの歩度差を0に向かわせるように、固有歩度Ｆ_Iを更新する。また、安定時差Ｔ_{offs_stab}を、通知された時差Ｔ_{offs_now}で更新する。

（１）

ただし、ｔiは前回の現在の時差の通知からの経過秒数である。βは、予め定められた係数である。また、Ｆ_Iの単位はppb(ns/s)であり、後述するＦ、Ｆ_P、Ｆ_stabの単位もppb(ns/s)である。

また、通知処理部３２は、時差計算部２４によって通信途絶が通知された場合に、以下の式に従って、現在の時差Ｔ_offsを、安定時差Ｔ_{offs_stab}で更新すると共に、固有歩度Ｆ_Iを、安定歩度Ｆ_stabで更新する。

（２）

また、通知処理部３２は、安定歩度推定部２８によって安定歩度Ｆ_{stab_new}が通知された場合に、以下の式に従って、安定歩度Ｆ_stabを、新たに通知された安定歩度Ｆ_{stab_new}で更新する。

（３）

自クロック調整部３４は、現在の時差Ｔ_offsに基づいて、現在の時差Ｔ_offsを0に向かわせるように、参照クロックとの時差を解消するための時差解消歩度Ｆ_Pを計算する。

（４）
ただし、αは、予め定められた係数である。

自クロック調整部３４は、時差解消歩度Ｆ_P、及び固有歩度Ｆ_Iに基づいて、以下の式に従って、自クロックの現在の歩度Ｆを決定して、自システムクロック部２２へ出力すると共に、時差解消歩度Ｆ_Pと、固有歩度Ｆ_Iと、通知処理部３２により更新された現在の時差Ｔ_offs又は前回推定された１秒後の時差（すなわち、現在の時差Ｔ_offs）とに基づいて、１秒後の時差Ｔ_offsを推定することを繰り返す。

（５）

また、自クロック調整部３４は、安定歩度Ｆ_stab、通知処理部３２により更新された安定時差Ｔ_{offs_stab}又は前回推定された１秒後の安定時差Ｔ_{offs_stab}、及び現在の歩度Ｆに基づいて、以下の式に従って、１秒後の安定時差Ｔ_{offs_stab}を推定することを繰り返す。

（６）

ただし、Ｌ_freqは、歩度Ｆの場合の、自システムクロック部２２における1秒の長さ（ナノ秒）であり、Ｌ_stabは、安定歩度Ｆ_stabの場合の、自システムクロック部２２における1秒の長さ（ナノ秒）である。１０⁹は、1秒の長さ=１０⁹ナノ秒であることを示す。

＜本発明の実施の形態の作用＞
次に、本発明の実施の形態のタイムサーバ１０による処理について図３〜図７を参照して説明する。タイムサーバ１０が、参照クロック発信装置１６から参照クロックの時刻情報を受信する度に、自クロックの時刻情報と、参照クロックの時刻情報との現在の時差を計算しているときに、タイムサーバ１０は、図３に示す時差管理処理ルーチンを実行する。

まず、ステップＳ１００において、時差管理部２６は、所定時間だけ（例えば、数十秒〜数分）経過したか否かを判定する。所定時間だけ経過すると、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２において、時差計算部２４によって計算された現在の時差を取得する。

ステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０２において現在の時差の取得を失敗したか否かを判定する。現在の時差の取得を失敗していない場合には、ステップＳ１０６において、上記ステップＳ１０２で取得した現在の時差を、自システムクロック制御部３０に通知し、上記ステップＳ１００へ戻る。

一方、現在の時差の取得を失敗した場合には、ステップＳ１０８において、現在の時差の取得失敗が連続８回であるか否かを判定する。現在の時差の取得失敗が連続８回でない場合には、ステップＳ１００へ戻る。現在の時差の取得失敗が連続８回である場合には、参照クロック発信装置１６との通信途絶を検出し、通信途絶を自システムクロック制御部３０に通知し、上記ステップＳ１００へ戻る。

また、タイムサーバ１０は、図４に示す安定歩度推定処理ルーチンを実行する。

まず、ステップＳ１２０において、安定歩度推定部２８は、所定時間だけ（例えば、30分〜1時間）経過したか否かを判定する。所定時間だけ経過すると、ステップＳ１２２へ移行する。

ステップＳ１２２において、自システムクロック制御部３０により計算された固有歩度Ｆ_Iを取得して、メモリ（図示省略）に格納する。

そして、ステップＳ１２４において、メモリに格納された過去24時間分の固有歩度Ｆ_Iの平均値を計算し、ステップＳ１２６において、計算された固有歩度Ｆ_Iの平均値を、安定歩度Ｆ_{stab_new}として、自システムクロック制御部３０に通知し、上記ステップＳ１２０へ戻る。

また、タイムサーバ１０は、時差管理部２６又は安定歩度推定部２８からの通知が、自システムクロック制御部３０に入力される毎に、図５に示す通知処理ルーチンを実行する。

まず、ステップＳ１３０において、通知された内容が、現在の時差であるか、安定歩度であるか、通信途絶であるかを判定する。

通知された内容が現在の時差である場合、ステップＳ１３２において、上記（１）式に従って、通知された時差Ｔ_{offs_now}で、現在の時差T_offsを更新し、現在の時差T_offsに基づいて、固有歩度Ｆ_Iを更新し、安定時差Ｔ_{offs_stab}を、通知された時差Ｔ_{offs_now}で更新する。

通知された内容が安定歩度である場合、ステップＳ１３４において、上記（３）式に従って、安定歩度Ｆ_stabを、新たに通知された安定歩度Ｆ_{stab_new}で更新する。

また、通信途絶が通知された場合に、ステップＳ１３６において、上記（２）式に従って、現在の時差Ｔ_offsを、安定時差Ｔ_{offs_stab}で更新すると共に、固有歩度Ｆ_Iを、安定歩度Ｆ_stabで更新する。

また、タイムサーバ１０は、図６に示す通常時用推定時差計算処理ルーチンを、１秒毎に繰り返し実行する。

まず、ステップＳ１４０において、自クロック調整部３４は、通知処理部３２により更新された現在の時差Ｔ_offs又は前回推定された１秒後の時差を、現在の時差Ｔ_offsとして取得する。

ステップＳ１４２では、上記（４）式に従って、上記ステップＳ１４０で取得した現在の時差Ｔ_offsに基づいて、参照クロックとの時差を解消するための時差解消歩度Ｆ_Pを計算する。

そして、ステップＳ１４４では、上記（５）式に従って、上記ステップＳ１４２で計算された時差解消歩度Ｆ_P、及び上記ステップＳ１３２又はステップＳ１３６で更新された固有歩度Ｆ_Iに基づいて、自クロックの現在の歩度Ｆを決定して、自システムクロック部２２へ出力する。また、ステップＳ１４６で、上記（５）式に従って、時差解消歩度Ｆ_Pと、固有歩度Ｆ_Iと、上記ステップＳ１４０で取得した現在の時差Ｔ_offsとに基づいて、１秒後の時差Ｔ_offsを推定して、上記ステップＳ１４０へ戻る。

また、タイムサーバ１０は、図７に示す通信途絶時用推定時差計算処理ルーチンを、１秒毎に繰り返し実行する。

まず、ステップＳ１５０において、自クロック調整部３４は、通知処理部３２により更新された安定時差Ｔ_{offs_stab}又は前回推定された１秒後の安定時差Ｔ_{offs_stab}を、現在の安定時差Ｔ_{offs_stab}として取得する。また、上記ステップＳ１３４で更新された安定歩度Ｆ_stabを取得する。

ステップＳ１５２では、上記ステップＳ１４４で決定された現在の歩度Ｆを取得する。

そして、ステップＳ１５４では、上記（６）式に従って、上記ステップＳ１５０で取得した安定歩度Ｆ_stab及び現在の安定時差Ｔ_{offs_stab}と、上記ステップＳ１５２で取得した現在の歩度Ｆとに基づいて、１秒後の安定時差Ｔ_{offs_stab}を推定して、上記ステップＳ１５０へ戻る。

上記の各種処理ルーチンを実行することにより、図８に示すように、歩度の調整により現在の時差Ｔ_offsを0に向かわせているつもりと並行して、安定時差Ｔ_{offs_stab}で真の時差ｘ（ｔ）の挙動を推定している。

このとき、通信途絶を検出した後に、固有歩度Ｆ_Iを安定歩度Ｆ_stabで更新することに加えて、現在の時差Ｔ_offsを、安定時差Ｔ_{offs_stab}で更新することで、真の時差を正しく０に向かわせるように歩度調整することができる。

また、タイムサーバ１０は、自システムクロック部２２から逐次出力された時刻情報を、クライアント端末１８に配信する。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るタイムサーバによれば、通信途絶を検出した場合に、現在の時差を、現在の時差の時系列を考慮した安定時差で更新すると共に、固有歩度を、固有歩度の時系列を考慮した安定歩度で更新することにより、参照クロックからの時刻情報を受信できなくなったことが検出されるまでに時間を要する場合であっても、現在の時差を０に向かわせるように、適切にクロックを調整することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述した実施の形態では、現在の時差の取得失敗が連続８回である場合には、参照クロック発信装置との通信途絶を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、８回以外の所定回数連続して現在の時差の取得が失敗した場合には、参照クロック発信装置１６との通信途絶を検出してもよい。また、回数ではなく、所定時間、現在の時差の取得失敗が続いた場合に、参照クロック発信装置１６との通信途絶を検出してもよい。

３ ネットワーク
１０ タイムサーバ
１６ 参照クロック発信装置
１８ クライアント端末
２０ 通信部
２２ 自システムクロック部（クロック部）
２４ 時差計算部
２６ 時差管理部
２８ 安定歩度推定部
３０ 自システムクロック制御部
３２ 通知処理部
３４ 自クロック調整部（通常時用時差推定部、通信途絶時用時差推定部）
１００ クロック調整システム

Claims (4)

1. 参照クロックの時刻情報を受信する通信部と、
   現在の歩度に基づいて決定される時刻情報を出力するクロック部と、
   前記クロック部が出力する時刻情報と、前記参照クロックの時刻情報との現在の時差を計算する時差計算部と、
   前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していないことを表す通信途絶を検出する時差管理部と、
   前記現在の時差に基づいて、前記参照クロックとの時差を解消するための時差解消歩度を計算し、前記時差解消歩度、及び前記参照クロックの速度に合わせるための固有歩度に基づいて、前記クロック部に対する現在の歩度を決定して、前記クロック部へ出力すると共に、前記時差解消歩度及び前記固有歩度に基づいて、次時刻の時差を推定することを繰り返す通常時用時差推定部と、
   前記固有歩度の時系列を考慮した安定歩度、及び前記現在の歩度に基づいて、前記現在の時差の時系列を考慮した安定時差を推定することを繰り返す通信途絶時用時差推定部と、
   前記固有歩度の時系列に基づいて、前記安定歩度を推定する安定歩度推定部と、
   前記時差計算部によって前記現在の時差が計算された場合に、前記現在の時差に基づいて、前記固有歩度を更新し、前記時差管理部によって通信途絶を検出した場合に、前記現在の時差を、前記安定時差で更新すると共に、前記固有歩度を、前記安定歩度で更新する通知処理部と、
   を含むクロック調整装置。
2. 前記時差管理部は、前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していないことを所定回数連続して検出した場合、又は前記通信部により前記参照クロックの時刻情報を受信していない状態が所定時間継続した場合に、前記通信途絶を検出する請求項１記載のクロック調整装置。
3. 前記安定歩度推定部は、前記固有歩度の時系列の平均を、前記安定歩度として推定する請求項１又は２記載のクロック調整装置。
4. コンピュータを、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のクロック調整装置の各部として機能させるためのプログラム。