JP6751375B2 - 時刻管理装置、時刻基準装置、基準時刻管理システム、および基準時刻管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、時刻管理装置、時刻基準装置、基準時刻管理システム、および基準時刻管理方法に関する。

通信キャリア網の時刻同期が高精度化するなかで、遠隔地の同期装置の時刻品質監視および高精度時刻伝送技術が求められている。特に昨今では、表１に示すように、時刻同期装置または時刻基準装置として、Ｔ−ＢＣ（Telecom boundary clocks）クラスＡ、ＰＲＴＣ（Primary Reference Time Clocks）クラスＡ、ＰＲＴＣクラスＢ、ｅＰＲＴＣ（Enhanced PRTC）の技術がある。そして、既存の１００ナノ秒［ｎｓ］の精度に対して更に一桁精度の高い時刻基準装置が標準規定されつつあり、その品質監視レベルとしてもナノ秒〜サブナノ秒が要求されている。

一方、遠隔地の時刻を比較して監視する方式については、表２に示すように、GPS（Global Positioning System） Common View方式、マイクロ波による比較方式、光キャリアによる比較方式、および光パルスによる比較方式がある。

GPS Common View方式では、２地点間から同じＧＰＳ衛星と電波をやり取りして、遅延時間から２地点間の時刻のずれを検出する。マイクロ波による比較方式では、マイクロ波に１０［ＭＨｚ］、１００［ＭＨｚ］で変調をかけて送信し、受信側で比較する。光キャリアによる比較方式では、光の基準信号を送り、キャリアの周波数を受信側で比較する。光パルスによる比較方式では、光とマイクロ波の基準信号を同時に送り、受信側で比較する。また、光ファイバリンク上で時刻情報を伝送し、マイクロ波／光波の位相情報から時刻を比較する方式もあり、サブナノ秒以下の精度で時刻比較を行うことが可能である。時刻の比較に利用する基準時刻信号については、ＧＰＳの衛星から受信可能な高精度の時刻情報を利用する方式が一般的である。

広い範囲の複数の地点で時刻を同期させる場合、時刻の基準となる複数の時刻マスタクロックを地点毎にそれぞれ設置し、地点毎にＧＰＳから信号を受信して同期する方式が考えられる。しかし、アンテナの設置が不可能な場合や、アンテナやレシーバの故障により時刻情報が長期間に渡って受信できない場合がある。その場合、正常に時刻を受信できているマスタクロックからネットワークを介して時刻情報を高精度に伝送する必要がある。本発明は、時刻マスタクロック間で時刻情報を高精度に伝送するための時刻伝送と同期の技術である。

時刻伝送・同期の従来技術としては、非特許文献１に示されているＰＴＰ(Precision Time Protocol)が知られている。ＰＴＰでは、対向する２装置間で時刻同期パケットをやり取りすることで、上位装置の時刻に下位装置が同期するように動作する。その精度は一般的に数十ナノ秒である。

ＰＴＰの概要を図５に示す。ＰＴＰで想定しているシステムにおいては、図５に示すように、上位装置であるマスタ装置８と、下位装置であるスレーブ装置９との間がリンク系システム装置７ａ，７ｂなどを含む伝送路７１で接続されている。遠隔地に存在するスレーブ装置９の時刻をＰＴＰでマスタ装置８の時刻に同期させる場合には、伝送路７１を経由して、マスタ装置８とスレーブ装置９との間でメッセージのやり取りを行う。

すなわち、マスタ装置８は時刻ｔ₁で同期メッセージ（Sync message）として時刻同期パケットを伝送路７１に送出する（ステップＳ３０，Ｓ３０ａ〜Ｓ３０ｄ）。この同期メッセージは、例えば図５に示した時刻ｔ_2a〜ｔ_2bの間でスレーブ装置９に到着する。到着する時刻ｔ_2a，ｔ_2bの変化は、他の信号との衝突や網の輻輳によるパケットロスや遅延揺らぎなどに起因して発生する。スレーブ装置９は、同期メッセージを受け取ると、タイムスタンプとしてその時刻を記録し、時刻ｔ₃で遅延要求メッセージ（Delay_Request message）を送出する（ステップＳ３１）。マスタ装置８は、時刻ｔ₄で遅延要求メッセージを受信すると、タイムスタンプとしてその時刻を記録し、それに対する応答として遅延応答メッセージ（Delay_Response message）を送出する（ステップＳ３２）。

IEEE Std 1588-2008, IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.

上記のＰＴＰを用いて時刻同期を実行する場合には、パケットレベルでの時刻情報転送のため、他の信号との衝突や網の輻輳によるパケットロスや遅延揺らぎが発生し、図５に示した到着時刻ｔ_2a〜ｔ_2bの変動が生じる。これにより、同期精度が著しく劣化する。また、ＰＴＰは伝送路の上り下りの遅延が対称であることを前提としたプロトコルであるため、経路差や波長分散による遅延差が時刻同期精度劣化の要因となる。更にパケットが往復してタイムスタンプが打刻されるごとに、内部クロック周波数による誤差が生じる。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、ＰＴＰよりも高い精度で時刻同期を実現するために利用可能な時刻管理装置、時刻基準装置、基準時刻管理システム、および基準時刻管理方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置であって、前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻を抽出する時刻同期プロトコル処理部と、前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出するパルス検出部と、時刻同期プロトコル処理部が抽出した基準時刻により自身の時刻を同期し、前記パルス検出部が光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する時刻同期部と、を備えることを特徴とする時刻管理装置とした。

このようにすることで、時刻管理装置は、ＰＴＰよりも高い精度で時刻同期を実現することができる。

請求項２に記載の発明では、光パルスの到着が予測される時刻を保持する記憶部を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の時刻管理装置とした。

このようにすることで、時刻管理装置は、到着予測時刻と光パルスの到着時刻との差によって、ＰＴＰによる時刻オフセットを容易に算出できる。

請求項３に記載の発明では、光伝送路を経由して時刻管理装置と接続され、当該光伝送路を経由して基準時刻に関する情報を送出する時刻基準装置であって、前記基準時刻を計時する時刻管理部と、時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信する時刻送信部と、前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信するパルス生成部と、を備えることを特徴とする時刻基準装置とした。

このようにすることで、時刻基準装置は、ＰＴＰよりも高い精度で時刻管理装置を時刻同期させることができる。

請求項４に記載の発明では、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号に基づいて前記基準時刻を生成するＧＰＳ受信部を更に備える、ことを特徴とする請求項３に記載の時刻基準装置とした。

このようにすることで、時刻基準装置は、容易に高精度の基準時刻を生成することができる。

請求項５に記載の発明では、前記パルス生成部が生成する光パルスの周期は、時刻同期プロトコルによる時刻オフセットの誤差よりも大きい、ことを特徴とする請求項３に記載の時刻基準装置とした。

このようにすることで、時刻基準装置は、光パルスが欠落した際であっても、時刻管理装置の時刻のズレを生じさせることがなくなる。
ができる。

請求項６に記載の発明では、光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置とを含む時刻同期システムであって、前記時刻基準装置は、基準時刻を計時する時刻管理部と、時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信する時刻送信部と、前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信するパルス生成部と、を備え、前記時刻管理装置は、前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻を抽出する時刻同期プロトコル処理部と、前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出するパルス検出部と、時刻同期プロトコル処理部が抽出した基準時刻により自身の時刻を同期し、前記パルス検出部が光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する時刻同期部と、を備えることを特徴とする基準時刻管理システムとした。

このようにすることで、基準時刻管理システムは、ＰＴＰよりも高い精度で時刻管理装置を時刻同期させることができる。

請求項７に記載の発明では、前記時刻管理装置は、光パルスの到着が予測される時刻を保持する記憶部を更に備える、ことを特徴とする請求項６に記載の基準時刻管理システムとした。

このようにすることで、時刻管理装置は、到着予測時刻と光パルスの到着時刻との差によって、ＰＴＰによる時刻オフセットを容易に算出できる。

請求項８に記載の発明では、光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置とを含む時刻同期システムにおいて、前記時刻基準装置は、基準時刻を計時し、時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信し、前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信し、前記時刻管理装置は、前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻により自身の時刻を同期し、前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する、ことを特徴とする基準時刻管理方法とした。

このようにすることで、ＰＴＰよりも高い精度で時刻管理装置を時刻同期させることができる。

本発明の時刻管理装置、時刻基準装置、基準時刻管理システム、および基準時刻管理方法によれば、ＰＴＰよりも高い精度で時刻同期を実現できる。すなわち、時刻同期のために特別なパケットを伝送する必要がないので、伝送路上での信号衝突や、網の輻輳によるパケットロス、遅延揺らぎ等の影響がなくなる。更に、経路差、波長分散による遅延差、往復のタイムスタンプ打刻等の影響による誤差もなくなる。

本実施形態の基準時刻管理システムにおいて伝送される光パルスとＰＴＰパケットを示す模式図である。 本実施形態の基準時刻管理システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態における基準時刻管理システムの正常時の動作を示すシーケンス図である。 本実施形態における基準時刻管理システムのパケット欠損時の動作を示すシーケンス図である。 ＰＴＰによる時刻同期の概要を示す模式図である。 比較例の基準時刻管理システムの構成と動作とを示す図である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
《比較例の構成と動作》
図６は、比較例の基準時刻管理システムＳの構成と動作とを示す図である。
図６に示した基準時刻管理システムＳは、互いに離れた位置に設置されているローカル装置２ａ、リモート装置３ｂ，３ｃを備えている。ローカル装置２ａとリモート装置３ｂとの間、およびローカル装置２ａとリモート装置３ｃとの間は光ファイバ１を介して互いに接続されている。

ローカル装置２ａとリモート装置３ｂ，３ｃは、それぞれ絶対時刻を高精度で把握する時刻基準装置（ＧＭ：GrandMaster）としての機能を搭載している。一方、ＧＰＳ衛星６ａ，６ｂは、絶対時刻を高精度で把握する機能を搭載している。したがって、ローカル装置２ａやリモート装置３ｂは、ＧＰＳ衛星６ａ，６ｂから送信される電波を受信する機能を搭載することにより、時刻のマスタクロックとして利用可能な絶対時刻の情報を取得できる。

ただし、図６に示したように、リモート装置３ｂのＧＰＳアンテナが故障したような場合には、リモート装置３ｂは、時刻情報をＧＰＳ衛星６ａ，６ｂから取得できない。そのため、ローカル装置２ａからリモート装置３ｂに対して時刻情報を伝送し、リモート装置３ｂの時刻をローカル装置２ａの時刻に同期させることが必要になる。また、リモート装置３ｃがＧＰＳ衛星６ａ，６ｂの電波を受信できないロケーションに設置されている場合や、ＧＰＳアンテナ等を有しない場合には、リモート装置３ｃは時刻を上位装置であるローカル装置２ａの時刻に同期させる必要がある。

比較例により、高精度の時刻情報をローカル装置２ａから光ファイバ１を経由してリモート装置３ｂおよびリモート装置３ｃに送信することができ、リモート装置３ｂおよびリモート装置３ｃは把握している時刻をローカル装置２ａの時刻に同期させることが可能になる。

なお、ローカル装置２ａとリモート装置３ｂとの間、およびローカル装置２ａとリモート装置３ｃとの間で時刻情報を伝送するために用いる光ファイバ１については、時刻伝送用の専用光ケーブルであり、ネットワーク構築時に長さ（距離）が正確に測定され、その伝送路長Ｌの基準値を既知として扱えるものとする。更に、光ファイバ屈折率ｎも既知として扱えるものとする。ただし、現実の伝送路長Ｌは、環境温度変化の影響により変動する可能性がある。

ローカル装置２ａは、それ自身が把握している絶対時刻の情報をＰＴＰパケットとして時刻情報配信装置５ａに送信する。時刻情報配信装置（ＢＣ：Boundary Clock）５ａは、ローカル装置２ａから受信したＰＴＰパケットをスレーブとして終端し、自装置内で再生したＰＴＰメッセージをマスタとして送信する機能を有する。時刻情報配信装置５ａは、ローカル装置２ａから取得した絶対時刻の情報を、通信ネットワーク４ａを経由して図示しないユーザ端末などに対して配信する。

上記と同様に、リモート装置３ｂは、それ自身が把握している絶対時刻の情報をＰＴＰパケットとして時刻情報配信装置５ｂに送信する。時刻情報配信装置（ＢＣ）５ｂは、リモート装置３ｂから受信したＰＴＰパケットをスレーブとして終端し、自装置内で再生したＰＴＰメッセージをマスタとして送信する機能を有する。時刻情報配信装置５ｂは、リモート装置３ｂから取得した絶対時刻の情報を、通信ネットワーク４ｂを経由して図示しないユーザ端末などに対して配信する。

また、リモート装置３ｃは、それ自身が把握している絶対時刻の情報をＰＴＰパケットとして時刻情報配信装置５ｃに送信する。時刻情報配信装置（ＢＣ）５ｃは、リモート装置３から受信したＰＴＰパケットをスレーブとして終端し、自装置内で再生したＰＴＰメッセージをマスタとして送信する機能を有する。時刻情報配信装置５ｃは、リモート装置３から取得した絶対時刻の情報を、通信ネットワーク４ｃを経由して図示しないユーザ端末などに対して配信する。

《伝送される光パルスとＰＴＰパケット》
本実施形態の基準時刻管理システムＳにおいて伝送される光パルスとＰＴＰパケットを図１に示す。

本実施形態では、ＰＴＰパケットを用いて基準時刻を伝え、更に光パルスの到着タイミングを用いてその時刻を補正する。ＰＴＰにより数十ナノ秒レベルで時刻同期を行い、ＰＴＰパケットで残留する時刻誤差（タイムスタンプ精度誤差）を、光パルスの到着時間から、除去して補正する。

ローカル装置２は、ＧＰＳ受信部２１、パルス生成部２３、電気−光変換部２６１を含んで構成され、時刻２０を計時する。ローカル装置２は、光ファイバ１を経由してリモート装置３と接続され、この光ファイバ１を経由して基準時刻に関する情報を送出する時刻基準装置である。
ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ衛星からの時刻信号を受信する。この時刻信号に基づき、時刻２０が計時される。
パルス生成部２３は、時刻情報を伝達するタイミングになったときに、ＧＰＳ信号の１ＰＰＳタイミング信号を基準にパルス信号１１を生成して送信する。
電気−光変換部２６１は、図１では“Ｅ／Ｏ”と記載されており、パルス信号１１を光パルス１２に変換する。

リモート装置３は、光−電気変換部３１１を含み、時刻３０を計時する。リモート装置３は、光ファイバ１を経由してローカル装置２と接続される時刻管理装置である。
この光−電気変換部３１１は、図１では“Ｏ／Ｅ”と記載されており、光パルス１２をパルス信号１３に変換する。
ローカル装置２とリモート装置３とは、先ずＰＴＰを用いて、ローカル装置２の時刻２０とリモート装置３の時刻３０とを同期する。このときリモート装置３の時刻３０は、ＰＴＰのタイムスタンプ打刻誤差やパケット遅延揺らぎ、上り下りリンク非対称性により、除去できない時刻誤差（Ｏｆｆｓｅｔ）が残留している。例えばリモート装置３の内部クロックが１２５ＭＨｚの場合、１タイムスタンプの打刻につき８ｎｓの誤差が生じる。ＰＴＰでは合計４個のタイムスタンプを用いて時刻同期を行うため、このとき少なくとも３２ｎｓの同期誤差が生じる。

次に、あらかじめスケジューリングされた光パルス１２を用いて、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔを判定・除去する。このとき、ローカル装置２とリモート装置３との間の光ファイバ１の伝送路長Ｌは事前に正確に測定されているものとし、伝送遅延Δｔを把握しているものとする。

ローカル装置２から正確なタイミングで送出される光パルス１２に対して、伝送遅延を用いてリモート装置３におけるパルスの到着予想時刻Ｔ＋ｎΔｔ（Ｔ：パルスの出発時刻、ｎ：パルスの数）を算出し、それらの情報をテーブルとして保持しておく。
リモート装置３は、光パルスが到着したタイミングで、ＰＴＰにより同期した時刻３０とテーブル上に保持したパルス到着予想時刻とを比較し、その差分を算出する。リモート装置３は、この差分に対してリモート装置３の時刻３０を補正する。ＰＴＰによる時刻同期が完了後、到着したパルスを用いて補正を実行する。その後、リモート装置３は、同様の動作を繰り返す。

光ファイバ１の長さ（伝送路長Ｌ）、およびパルスの送信間隔が正確に制御されている場合、事前に予測された到着時刻と実際のパルスの到着時刻とのずれからＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔを除去することができる。

図２は、本実施形態の基準時刻管理システムＳの構成を示すブロック図である。
基準時刻管理システムＳは、ローカル装置２、リモート装置３、光ファイバ１を含んでいる。

ローカル装置２はＧＰＳ受信部２１、時刻管理部２２、パルス生成部２３、ＰＴＰ処理部２４、時刻配信部２５、光信号送信部２６、光信号送受信部２７を備えている。なお、これらの各構成要素は、コンピュータなどのハードウェアおよびコンピュータ等が実行可能なソフトウェアの両方または何れか一方により具現化される。

ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ衛星６ａ，６ｂが送信する電波を、ＧＰＳアンテナを介して受信する。ＧＰＳ受信部２１がＧＰＳ衛星６ａ，６ｂから受信する電波には、時刻情報として、１ＰＰＳ（1 Pulse Per Second）信号と、ＴｏＤ（Time of Day）信号とが含まれている。ＧＰＳ受信部２１は、この１ＰＰＳ信号により、１秒毎の正確なタイミングを把握できる。また、ＴｏＤ信号により正確な時刻を把握できる。

時刻管理部２２は、ＧＰＳ受信部２１がＧＰＳから取得した１ＰＰＳ信号およびＴｏＤ信号を入力して保持し、時刻およびタイミングを把握する。そして、時刻管理部２２はローカル装置２が光ファイバ１に送出する光パルス１２の元になるパルス生成部２３の出力パルス、すなわちパルス信号１１の出発時刻を管理する。時刻管理部２２は、基準時刻を計時するものである。

時刻管理部２２は、事前に定めたスケジュールに従い、時刻情報をリモート装置３へ伝達すべき予定時刻になると、パルス信号１１を送出するように、パルス送出指示をパルス生成部２３に与える。

パルス生成部２３は、時刻管理部２２の出力するパルス送出指示に従い、ＧＰＳから取得した前記１ＰＰＳ信号に同期した正確なタイミングで生成したパルス信号１１を出力する。このパルス信号１１は、事前に定めた一定の間隔、すなわち基準時間間隔Δｔ₀で、繰り返し出力される。基準時間間隔Δｔ₀については、例えば数ナノ秒〜数秒程度の範囲内で事前に決定することが想定される。

また、時刻管理部２２がパルス送出指示をパルス生成部２３に与えたタイミングから、対応する光パルス１２が実際に光ファイバ１に出力されるまでのタイムラグを考慮する必要がある。したがって、実際にはナノ秒以下の精度で正確に管理された時刻でローカル装置２が光パルス１２を光ファイバ１に送出できるように、前記タイムラグの補正分を含めて、パルス生成部２３が送出するパルス信号１１のタイミングを制御する。

また、ＧＰＳ受信部２１からパルス生成部２３までのケーブル長、およびパルス生成部２３から光信号送信部２６までのケーブル長は事前に高精度に計測され、光パルス１２の実際の送信タイミングとＵＴＣ（協定世界時：Coordinated Universal Time）との間に誤差が生じないよう設計されている。

光信号送信部２６は、図２では“ＴＸ”と記載されており、図１に示した電気−光変換部２６１を含んでいる。電気−光変換部２６１はパルスレーザ光源であり、パルスレーザの出力を、パルス生成部２３が出力するパルス信号１１に同期することにより、レーザの光パルス１２を生成する。光信号送信部２６が生成した光パルス１２は、光ファイバ１の上流側に入力され、リモート装置３へ向けて送信される。

ＰＴＰ処理部２４には、時刻管理部２２で保持している時刻Ｔが入力される。ＰＴＰ処理部２４は、ＰＴＰパケットを生成し、時刻Ｔに基づくタイムスタンプを打刻して光信号送受信部２７に出力する。
光信号送受信部２７は、図２では“ＲＸ／ＴＸ”と記載されており、このＰＴＰパケットを光信号に変換して、リモート装置３に送信する。更に光信号送受信部２７は、リモート装置３が送信したＰＴＰパケットを電気信号に変換する。なお、光信号送受信部２７が変換する光信号の波長と、光信号送信部２６が変換する光信号の波長とは異なっていてもよく、また同一の波長であってもよい。
ＰＴＰ処理部２４と光信号送受信部２７は、時刻同期プロトコルにより、光ファイバ１を介してリモート装置３に基準時刻に関する情報を送信する時刻送信部として機能する。

時刻配信部２５は、時刻管理部２２で同期した時刻の情報を下位の装置に配信する。図２に示したシステムの例では、ローカル装置２ａ内の時刻配信部２５が送出する時刻の情報は時刻情報配信装置５ａに入力される。そして、時刻情報配信装置２９が時刻の情報を、通信ネットワーク４ａを経由して所定のユーザ端末等に配信する。

リモート装置３は光信号受信部３１、光信号送受信部３２、パルス検出部３３、ＰＴＰ処理部３４、ＰＴＰタイムスタンプ打刻誤差保持部３５、パルス到着予想時刻保持部３６、時刻比較部３７、時刻同期部３８、時刻配信部３９を備えている。なお、これらの各構成要素の機能は、コンピュータなどのハードウェアおよびコンピュータ等が実行可能なソフトウェアの両方または何れか一方により構成される。

光信号受信部３１は、図２では“ＲＸ”と記載されており、図１に示した光−電気変換部３１１を含んでいる。すなわち、光信号受信部３１は光ファイバ１を経由してリモート装置３の入力側に到着した光パルス１２を電気のパルス信号１３に変換してパルス検出部３３に与える。

光信号送受信部３２は、図２では“ＲＸ／ＴＸ”と記載されている。すなわち、光信号送受信部３２は光ファイバ１を経由してリモート装置３の入力側に到着したＰＴＰパケット１５を電気信号のＰＴＰパケットに変換してＰＴＰ処理部３４に与える。光信号送受信部３２は更に、ＰＴＰ処理部３４が出力した電気信号のＰＴＰパケットを、光信号のＰＴＰパケット１５に変換して送信する。

ＰＴＰ処理部３４は、光信号送受信部３２を介してローカル装置２からＰＴＰパケットを受信し、そのタイムスタンプを処理する。
時刻同期部３８は、ＰＴＰ処理部３４からのタイムスタンプ情報をもとに、図１に示した時刻３０を同期する。時刻３０は、時刻同期部３８が計時している。

パルス検出部３３は、光パルス１２の到着時にそのタイミングを記録し、時刻比較部３７に到着したことを知らせる。時刻比較部３７は、このパルス信号１３のタイミング情報と、パルス到着予想時刻保持部３６が保持するパルス到着時刻とを比較して、時刻同期部３８に補正値を出力する。時刻同期部３８は、この補正値をもとに、図１に示した時刻３０を補正する。
パルス到着予想時刻保持部３６は、事前に校正した伝送路長Ｌとパルス送出スケジュール・送出間隔をもとにパルス到着時刻の情報を保持する。

ＰＴＰタイムスタンプ打刻誤差保持部３５は、パルス伝送異常時の検出のための閾値情報として、事前にオペレータが設定する情報（タイムスタンプ打刻誤差等）を保持し、閾値として設定する。
時刻同期部３８は、ローカル装置２からのＰＴＰパケットをもとに、図１に示した時刻３０の同期を行い、その時刻を時刻比較部３７に伝達しておく。

時刻配信部３９は、時刻同期部３８で算出した時刻に同期して、その時刻を下位の装置に配信する。例えば図６に示したシステムにおいては、リモート装置３が配信する時刻の情報は時刻情報配信装置５ｃに入力される。そして、時刻情報配信装置５ｃが通信ネットワーク４ｃを介して所定のユーザ端末等に対して時刻情報を配信する。

図３は、本実施形態における基準時刻管理システムＳの正常時の動作を示すシーケンス図である。
時刻伝送・同期のフローは以下のステップにより実行される。
最初、ローカル装置２とリモート装置３とは、ＰＴＰによる時刻同期を実行する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０が終了したとき、リモート装置３の時刻は、ローカル装置２の時刻に対して正方向に００：０５だけずれている。なお、タイムスタンプ打刻誤差（ＰＴＰで想定される同期誤差範囲）の最悪値は、＋００：１０または−００：１０とする。

その後、ローカル装置２は、正確な時間で光パルス１２を繰り返し送出する。
ステップＳ１１において、ローカル装置２は、正確な時間“１２：００”に光パルスを送信する。リモート装置３は、この光パルス１２の到着時刻を“１２：２０”として記録する。リモート装置３は、伝送路長Ｌをもとに光パルス１２の到着予想時刻をテーブルに保持している。光パルスの伝達時間は、伝送路長Ｌを光速度ｃで除算することで算出される。光パルスの伝達時間は、００：１５なので、この光パルス１２の到着予想時刻は、“１２：１５”である。これにより、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔが“００：０５”であることが算出可能である。
リモート装置３は、自身が計時している時刻から、ＰＴＰの時刻オフセットδｔを減算して補正する。これにより、ローカル装置２の時刻に同期することができる。
ＰＴＰで想定される時刻誤差に対して、パルス間隔を最適化（ＰＴＰのタイムスタンプ誤差よりも長く）することで、パルス欠損時の影響（測定基準のずれによる時刻誤差増加）を回避することができる。

ステップＳ１２において、ローカル装置２は、正確な時間“１２：３０”に光パルスを送信する。リモート装置３は、この光パルス１２の到着時刻を“１２：４５”として記録する。この光パルス１２の到着予想時刻は、“１２：４５”である。このとき、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔが“００：００”であることが算出可能である。

ステップＳ１３において、ローカル装置２は、正確な時間“１３：００”に光パルスを送信する。リモート装置３は、この光パルス１２の到着時刻を“１３：１５”として記録する。この光パルス１２の到着予想時刻は、“１３：１５”である。このとき、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔが“００：００”であることが算出可能である。

図４は、本実施形態における基準時刻管理システムＳのパケット欠損時の動作を示すシーケンス図である。
光パルス１２が一部欠損（例えば１番目のパルスが欠損する等）した場合、次にくるパルスとテーブル値を比較すると、ひとつ前のパルスの到着時刻と比較することになるため、時刻が大きくずれることになる。そこで、パルス到着時間において一定の閾値を設け、その閾値以内にパルスが到着した場合に正常と判定し、テーブルとの比較を行う。
最初、ローカル装置２とリモート装置３とは、ＰＴＰによる時刻同期を実行する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２１において、ローカル装置２は、正確な時間“１２：００”に光パルスを送信する。しかし、この光パルスは欠損し、リモート装置３は、この光パルス１２の到着を検知できない。
リモート装置３は、伝送路長Ｌをもとに光パルス１２の到着予想時刻をテーブルに保持しており、更にＰＴＰタイムスタンプの打刻誤差を保持している。

光パルスの伝達時間は、００：１５なので、この光パルスの到着予想時刻は、“１２：１５”である。更に、ＰＴＰタイムスタンプの打刻誤差は、±００：１０である。よって、光パルス１２の到着するタイミングは、“１２：０５”から“１２：２５”の間である。これ以降、リモート装置３に光パルス１２が到着したとしても、リモート装置３は、光パルス１２の到着予想時刻の“１２：１５”に補正することはない。

ステップＳ２２において、ローカル装置２は、正確な時間“１２：３０”に光パルスを送信する。リモート装置３は、この光パルス１２の到着時刻を“１２：５０”として記録する。この光パルス１２の到着予想時刻は、“１２：４５”である。このとき、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔが“００：０５”であることが算出可能である。
リモート装置３は、自身が計時している時刻から、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔを減算して補正する。これにより、ローカル装置２の時刻に同期することができる。

ステップＳ２３において、ローカル装置２は、正確な時間“１３：００”に光パルスを送信する。リモート装置３は、この光パルス１２の到着時刻を“１３：１５”として記録する。この光パルス１２の到着予想時刻は、“１３：１５”である。このとき、ＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔが“００：００”であることが算出可能である。

システムの設計者は、例えば、閾値としてＰＴＰで発生しうる時刻誤差範囲を設定（例えば、タイムスタンプ打刻誤差“±００：１０”）する。そして設計者は、パルスの送信間隔を、この閾値以上の間隔（例えば“００：３０”）に設定する。これにより、第１番目のパルスが欠損した場合や測定が不能だった場合、第２番目のパルスの到着時間は、第１番目のパルスの時刻誤差範囲に入らなくなる。よって、リモート装置３は、第２番目のパルスと判定し、該当するテーブル値と比較を行う。これにより、リモート装置３は、正しくＰＴＰで残留した時刻オフセットδｔを算出して、自身の時刻を補正することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｅ）のようなものがある。

（ａ） ローカル装置の時刻源はＧＰＳ信号に限定されず、例えば原子時計などであってもよい。
（ｂ） ローカル装置とリモート装置とがＰＴＰによる時刻同期を実行するのは、最初の１回に限定されることが望ましい。光パルスによって精密に補正した自身の時刻に対して、ＰＴＰによる時刻同期を行うと、再び時刻オフセットδｔ（図１参照）のずれが発生するためである。
（ｃ） ローカル装置とリモート装置とがＰＴＰによる時刻同期を実行して光パルスで時刻補正したのち、再びＰＴＰによる時刻同期を実行した際、リモート装置は、自身の時刻とＰＴＰパケットに含まれるタイムスタンプとの差が、打刻誤差の範囲内であったならば、時刻補正しないようにしてもよい。光パルスによって精密に補正した自身の時刻に対して、ＰＴＰによる時刻同期を行うと、再び時刻オフセットδｔ（図１参照）のずれが発生するためである。
（ｄ） ローカル装置が送信する光パルスをリモート装置が正しいタイミングで検知できなくなった場合、改めてＰＴＰによる時刻同期をやり直したのち、光パルスによる残留オフセットの算出を行ってもよい。これにより、再びローカル装置とリモート装置を正確に時刻同期させることができる。リモート装置が正しいタイミングで光パルスを検知できない場合とは、例えば、比較すべきパルスの到着予想時刻の時刻誤差範囲外に光パルスを検知した場合である。図４でいうと、リモート装置３が１２：５５から１３：０５までの間に光パルスを検知した場合に相当する。この状態を放置すると、リモート装置３は、光パルス１周期分（００：３０）ずれて時刻同期する可能性があるためである。
（ｅ） ローカル装置は、リモート装置として機能するように、リモート装置の各部構成を備えていてもよい。これにより、ＧＰＳ受信部などの時刻源に障害が発生したときに、他のローカル装置に時刻を同期して、この時刻を下位端末などに配信することができる。

Ｓ 基準時刻管理システム
１ 光伝送路
１１ パルス信号
１２ 光パルス
１３ パルス信号
１５ ＰＴＰパケット
２ ローカル装置 （時刻基準装置）
２ａ ローカル装置
２０ ローカル時刻
２１ ＧＰＳ受信部
２２ 時刻管理部
２３ パルス生成部
２４ ＰＴＰ処理部 （時刻送信部）
２５ 時刻配信部
２６ 光信号送信部
２６１ 電気−光変換部
２７ 光信号送信受部
３，３ｂ，３ｃ リモート装置 （時刻管理装置）
３０ 時刻
３１ 光信号受信部
３１１光−電気変換部
３２ 光信号送受信部
３３ パルス検出部
３４ ＰＴＰ処理部 （時刻同期プロトコル処理部）
３５ ＰＴＰタイムスタンプ打刻誤差保持部
３６ パルス到着予想時刻保持部
３７ 時刻比較部
３８ 時刻同期部
３９ 時刻配信部
４ａ〜４ｃ 通信ネットワーク
５ａ〜５ｃ 時刻情報配信装置
６ａ ＧＰＳ衛星
６ｂ ＧＰＳ衛星
７ａ，７ｂ リンク系システム装置
７１ 伝送路
８ マスタ装置
９ スレーブ装置

Claims (8)

1. 光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置であって、
   前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻を抽出する時刻同期プロトコル処理部と、
   前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出するパルス検出部と、
   時刻同期プロトコル処理部が抽出した基準時刻により自身の時刻を同期し、前記パルス検出部が光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する時刻同期部と、
   を備えることを特徴とする時刻管理装置。
2. 光パルスの到着が予測される時刻を保持する記憶部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の時刻管理装置。
3. 光伝送路を経由して時刻管理装置と接続され、当該光伝送路を経由して基準時刻に関する情報を送出する時刻基準装置であって、
   前記基準時刻を計時する時刻管理部と、
   時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信する時刻送信部と、
   前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信するパルス生成部と、
   を備えることを特徴とする時刻基準装置。
4. ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号に基づいて前記基準時刻を生成するＧＰＳ受信部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の時刻基準装置。
5. 前記パルス生成部が生成する光パルスの周期は、時刻同期プロトコルによる時刻オフセットの誤差よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の時刻基準装置。
6. 光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置とを含む時刻同期システムであって、
   前記時刻基準装置は、
   基準時刻を計時する時刻管理部と、
   時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信する時刻送信部と、
   前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信するパルス生成部と、
   を備え、
   前記時刻管理装置は、
   前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻を抽出する時刻同期プロトコル処理部と、
   前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出するパルス検出部と、
   時刻同期プロトコル処理部が抽出した基準時刻により自身の時刻を同期し、前記パルス検出部が光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する時刻同期部と、
   を備えることを特徴とする基準時刻管理システム。
7. 前記時刻管理装置は、光パルスの到着が予測される時刻を保持する記憶部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項６に記載の基準時刻管理システム。
8. 光伝送路を経由して時刻基準装置と接続される時刻管理装置とを含む時刻同期システムにおいて、
   前記時刻基準装置は、基準時刻を計時し、
   時刻同期プロトコルにより、光伝送路を介して前記時刻管理装置に前記基準時刻に関する情報を送信し、
   前記基準時刻に基づく光パルスを生成し、前記時刻管理装置に送信し、
   前記時刻管理装置は、
   前記時刻基準装置から送信された時刻同期プロトコルのパケットに含まれる基準時刻により自身の時刻を同期し、
   前記時刻基準装置から送信された光パルスを検出した時刻により自身の時刻を補正する、
   ことを特徴とする基準時刻管理方法。

Images