JP7003510B2

JP7003510B2 - ネットワーク機器

Info

Publication number: JP7003510B2
Application number: JP2017173611A
Authority: JP
Inventors: 昌明田島
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: JP2019050498A

Description

本発明は、ＰＴＰ（ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｉｍｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）に準拠したネットワーク機器に関する。

ＰＴＰは、利用環境をＬＡＮに制限することにより高精度な時刻同期を実現するためのプロトコルであり、その仕様はＩＥＥＥ１５８８として定められている。

ＰＴＰに対応したネットワークにおいては、グランドマスター（以下、マスター）が高精度な時刻同期パケットを送信し、スレーブが当該時刻同期パケットを受信するようになっている（特許文献１）。ＰＴＰは、ネットワークインターフェースチップのＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）やＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ）に実装されたハードウェアタイムスタンプの機能により、マイクロ秒ＲＭＳ以下のタイムスタンプ精度を実現する。

ＰＴＰには２つのバージョンある。バージョン（１）は大規模な展開を行うためにセグメントを区切るＢｏｕｄａｒｙＣｌｏｃｋ（ＢＣ）が用意されている。バージョン（２）は、遅延管理機能を有するスイッチングハブＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔＣｌｏｃｋ（ＴＣ）が用意され、より柔軟で精度の高い展開が可能となった。

特開２０１５－１１９２５７号公報

時刻同期の機能を有するネットワークにおいて、例えば、以下の（１）（２）の機能を実現するには、外部からの要求により、マスターの選出とその解除並びにマスター、スレーブ間の状態変化の監視を任意に行えることが必要となる。
（１）スレーブに接続された端末がスレーブの時刻同期のタイミングを採用するために、スレーブの時刻同期の開始を含めて端末の開始を端末の主導で行うこと
（２）マスターをスレーブに一端変更またはスレーブ状態で起動すること
本発明は、上記の事情に鑑み、時刻同期の機能を有するネットワークにおいて、時刻同期のマスターの選出とその解除並びにマスター、スレーブ間の状態変化の監視を任意に行えることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、時刻同期のマスターまたはスレーブとして機能が可能なネットワーク機器であって、このネットワーク機器が前記スレーブとして機能している際に外部から当該機能を解除する要求パケットを受けて当該機能を解除する。

本発明の一態様は、前記要求パケットを受けると前記ネットワーク機器のネットワークに属する他のネットワーク機器との送受信により得られた時刻同期のパケット情報に基づき当該ネットワークに属するネットワーク機器の群から前記マスターを選定する。

本発明の一態様は、外部からマスターの切り替えの要求を受けると前記マスターとして選ばれたネットワーク機器の時刻と同期する。

本発明の一態様は、前記パケット情報は前記ネットワークのネットワーク機器の間での透過が有効である。

以上の本発明によれば、時刻同期の機能を有するネットワークにおいて、時刻同期のマスターの選出とその解除並びにマスター、スレーブ間の状態変化の監視を任意に行える。

本発明の実施形態であるネットワーク機器を有するネットワークの構成図。前記実施形態におけるＰＴＰパケット情報の流れの説明図。マスター選定済みの前記ネットワークを例示した構成図。前記ネットワーク機器の一斉開始の説明図。前記ネットワーク機器のマスター切替えの説明図。スレーブ固定有効時の前記ネットワーク機器の起動例を説明したフローチャート。前記ネットワーク機器の一斉開始及び開放状態を説明したフローチャート。前記ネットワーク機器のＰＴＰ情報パケット送信処理を説明したフローチャート。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に例示されたネットワーク１において、ＰＴＰハブ１１～１６はＰＴＰに準拠したＬ２スイッチングハブの態様を成すネットワーク機器である。ＰＴＰハブ１１～１６には周辺機器として機器２１～２６が各々接続されている。ＰＴＰハブ１１～１６はＰＴＰハブ１１～１６から選択されたマスターとの時刻同期が可能となっている。また、図２に例示したように、ＰＴＰ１１～１６の状態情報（ＰＴＰ情報パケット）は一定時間毎に機器２１～２６に対して通知が可能となっている。

ＰＴＰハブ１１～１６は、図６～９に示した処理機能を有する。

（１）スレーブの固定
図６に示されたスレーブ固定設定処理は、コンソール等からコマンド入力により、ＰＴＰハブ１１～１６がスレーブとして固定されることの有効／無効の設定（Ｓ１０１）が実行され、この設定情報が「スレーブ固定情報」として保存される。「スレーブ固定情報」は、従来存在しているマスターに遷移しないようにロックする機能を外部から制御できるように処理を修正したものである。

（２）スレーブ固定が有効時の起動
スレーブ固定が有効時のＰＴＰハブ１１～１６の起動は、図６に示された以下のステップＳ２０１～Ｓ２０４を有する。

Ｓ２０１：ＰＴＰ（同期処理）の起動時にスレーブ固定情報を確認する。

Ｓ２０２：スレーブ固定が有効であれば、スレーブ固定有効フラグをセットする。

Ｓ２０３：スレーブ固定が無効であれば、スレーブ固定有効フラグをクリアする。

Ｓ２０４：以降は、通常のＰＴＰハブ１１～１６の起動時処理が行われる。

（３）一斉開始開放処理
一斉開始開放処理は、図７に示された以下のステップＳ３０１～Ｓ３１４を有する。

Ｓ３０１：機器２１～２６からの一斉開始するための要求パケット（以下、スレーブ固定開放要求パケット）、マスターを一斉に開放するための要求パケット（以下、マスター切替え要求パケット）、他のＰＴＰハブ（例えば、自身のＰＴＰハブがＰＴＰハブ１１の場合、他のＰＴＰハブはＰＴＰ１２～１６）からＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ，ｓｙｎｃ等の通常のＰＴＰパケット、特殊なＰＴＰ情報パケット）のいずれかを受信する。受信したパケットが通常のＰＴＰパケットである場合はＳ３１４に移行し、それ以外のパケットの場合はＳ３０２に移行する。前記マスター切替え要求パケットはＰＴＰパケットの管理用のパケットである。

Ｓ３０２：前記受信したパケットが前記スレーブ固定開放パケットである場合、Ｓ３０３に移行し、それ以外のパケットの場合はＳ３１０に移行する。

Ｓ３０３：スレーブ固定要求フラグを確認し、有効であればＳ３０４に移行し、無効であれば処理を終える。

Ｓ３０４：スレーブ固定要求フラグをクリアし、Ｓ３０５に移行する。

Ｓ３０５：ＰＴＰ状態（同期状態）を、マスター選定中（ａｎｎｏｕｎｃｅ情報をお互いのＰＴＰ間で送受信して、最も優先度の高いものをマスター判定するまでの状態）のままとする。

Ｓ３０６：ＰＴＰ状態の情報を透過処理（従来のＰＴＰハブの透過処理）の有効無効を確認する。

Ｓ３０７：受信した「スレーブ固定開放要求パケット」または「マスター切替え要求パケット」（この２つのパケットを新規ＰＴＰパケットと称する）を他のＰＴＰハブに転送する。

Ｓ３０８：スレーブ固定有効フラグを確認し、有効であれば処理を終える。無効であればＳ３０９に移行する。

Ｓ３０９：マスター選定のため、自身のＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ，Ｓｙｎｃ）を他のＰＴＰハブへ送信し、その後、処理を終える。

Ｓ３１０：受信パケットが「マスター切替えパケット」であれば、Ｓ３１１に移行し、そうでなければ処理を終える。

Ｓ３１１：ＰＴＰ状態の情報を確認し、自身がマスターであれば、ＳＳ１２に移行し、そうでなければＳ３１５に移行する。

Ｓ３１２：スレーブ固定有効フラグをセットにする。

Ｓ３１３：内部のマスターとしての情報をクリアにし、その後、Ｓ３０５に移行する。

Ｓ３１４：従来のＰＴＰ処理（同期処理）を行う。

（４）ＰＴＰ状態のマスター／スレーブ設定処理
マスター／スレーブ設定処理は、図８に示された以下のステップＳ４０１～Ｓ４０９を有する。

Ｓ４０１：ＰＴＰ情報パケットを生成するための関連情報を収集する（既存の処理）。

Ｓ４０２：収集したＰＴＰ情報を確認し、自身がマスターである場合、Ｓ４０３に移行し、マスター以外の場合にはＳ４０４に移行する。

Ｓ４０３：ＰＴＰ情報パケット用のＰＴＰ状態をマスターに設定した後、Ｓ４０９に移行する。

Ｓ４０４：ＰＴＰ情報を確認し、自身がスレーブの場合はＳ４０５に移行し、スレーブ以外の場合にはＳ４０８に移行する。

Ｓ４０５：スレーブ固定有効フラグを確認し、無効であればＳ４０６に移行し、有効であればＳ４０７に移行する。

Ｓ４０６：ＰＴＰ情報パケット用のＰＴＰ状態をスレーブに設定した後、Ｓ４０９に移行する。

Ｓ４０７：ＰＴＰ情報パケット用のＰＴＰ状態を「スレーブ固定」に設定した後、Ｓ４０９に移行する。

Ｓ４０８：ＰＴＰ情報パケット用のＰＴＰ状態を「選定中」に設定した後、Ｓ４０９に移行する。

Ｓ４０９：ＰＴＰ情報パケットを生成し、全てのポートに送信する（既存の処理）。

以下にネットワーク１のＰＴＰハブ１１～１６の具体的な動作例について説明する。

（動作例１）マスターとなるＰＴＰバブが選定されている場合の一斉開始の動作例
図１に示されたＰＴＰハブ１１～１６はコマンドによるスレーブ固定が「有効」となっている。新規ＰＴＰパケットを透過する機能（受信パケットを他の機器またはＰＴＰハブに転送する機能）は「無効」となっている。但し、他のＰＴＰパケットは透過可能となっている。

以下、図２，４を参照しながら動作例１の手順について説明する。

先ず、ネットワーク１の全てのＰＴＰハブ（ＰＴＰハブ１１～１６）を起動させる。

前記起動が完了した後、ＰＴＰハブ（ＰＴＰハブ１１～１６）は、各機器（機器２１～２６）からの「スレーブ固定開放要求パケット」を受信してスレーブ固定有効を解除し（図４（ａ））、その後、ＰＴＰ状態をマスター選定中とする（同図（ｂ））。受信パケットは、透過機能が無効であるため、他のＰＴＰハブへは転送されない。尚、ＰＴＰハブの起動は、各機器が当該各機器に接続されたＰＴＰハブからのＰＴＰ情報パケットを受け取ることにより判断が可能である。

次いで、マスターを選定するため、自身（例えば、ＰＴＰハブ１１）のＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ）を他のＰＴＰハブ（例えば、ＰＴＰハブ１２～１６）に送信する。このとき、接続された機器（例えば、機器２１）から「スレーブ固定開放要求パケット」が送信されないＰＴＰハブは、スレーブ固定のままで、マスター選出のためのＰＴＰ情報パケットを待機する。

その後、ＰＴＰハブ１１～１６間でＰＴＰパケットが送受信されることにより、単一のマスターのＰＴＰハブが選出され、マスターのＰＴＰハブとスレーブのＰＴＰハブの間で時刻同期の処理が行われる（同図（ｃ））。

（動作例２）マスターとなるＰＴＰが選定されていない場合の一斉開始の動作例
動作例１と同様にＰＴＰハブ１１～１６はコマンドによるスレーブ固定が「有効」となっている。但し、ＰＴＰハブ１１～１６の新規ＰＴＰパケットを透過する機能は「有効」となっている。他のＰＴＰパケットは動作例１と同様に透過可能となっている。

以下、図２，４を参照しながら動作例２の手順について説明する。

先ず、動作例１と同様に、ネットワーク１の全てのＰＴＰハブ（ＰＴＰハブ１１～１６）を起動させる。

前記起動が完了した後、ＰＴＰハブ（ＰＴＰハブ１１～１６）は、各機器（機器２１～２６）からの「スレーブ固定開放要求パケット」を受信してスレーブ固定有効を解除し（図４（ａ））、その後、ＰＴＰ状態をマスター選定中とする（同図（ｂ））。受信パケットは、透過機能が有効であるため、他のＰＴＰハブへは転送される。尚、ＰＴＰハブの起動は、動作例１と同様に、各機器が当該各機器に接続されたＰＴＰハブからのＰＴＰ情報パケットを受け取ることにより判断が可能である。

次いで、マスターを選定するため、自身（例えば、ＰＴＰハブ１１）のＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ）を他のＰＴＰハブ（例えば、ＰＴＰハブ１２～１６）に送信する。

機器または他のＰＴＰハブから「スレーブ固定開放要求パケット」を受信したＰＴＰハブは、スレーブ固定有効が解除された状態であれば処理を終了させ、有効であればスレーブ固定有効を解除する。同図（ｂ）の事例では、機器２１からの「スレーブ固定開放要求パケット」がＰＴＰハブ１４まで、機器２６からの同様のパケットがＰＴＰハブ１５からＰＴＰハブ１６までのＰＴＰのスレーブ固定有効の解除を行っている。次いで、ＰＴＰ状態をマスター選定中とした後、マスターを選定するため、自身（例えば、ＰＴＰハブ１１）のＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ）を他のＰＴＰハブ（例えば、ＰＴＰハブ１２～１６）に送信する。

そして、動作例１と同様に、ＰＴＰハブ１１～１６間でＰＴＰパケットが送受信されることにより、単一のマスターのＰＴＰハブが選出され、マスターのＰＴＰハブとスレーブのＰＴＰハブの間で時刻同期の処理が行われる（同図（ｃ））。

（動作例３）ＰＴＰ処理に基づくマスター切り替えを行う場合の一斉開放の動作例
機器、ＰＴＰハブとも全て起動した状態で且つスレーブ固定有効が解除され、マスターの選定まで完了した状態としている。新規ＰＴＰパケットを透過する機能（受信パケットを他の機器またはＰＴＰハブに転送する機能）は「無効」となっている。他のＰＴＰパケットは透過可能となっている。

以下、図２，５を参照しながら動作例３の手順について説明する。

マスターに接続された機器（図５（ａ）の事例では、機器２１が対象となっている）から「マスター切替え要求パケット」が送信される。ＰＴＰハブの起動は、動作例１，２と同様に、各機器が当該各機器に接続されたＰＴＰハブからのＰＴＰ情報パケットを受け取ることにより判断が可能である。

「マスター切替え要求パケット」を受信したＰＴＰハブは、スレーブ固定有効を設定し、マスターとしての情報をクリアした後、ＰＴＰ状態をマスター選定中とする（同図（ｂ））。この後、マスター選定のためのＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ）が他のＰＴＰハブから送信されてくるのを待機する。

マスター以外のＰＴＰハブは、マスターからのＰＴＰパケット（ｓｙｎｃ等）が受信できなくなるので、一定時間経過後（同図（ｃ）の事例ではタイムアウトと表示）に、マスターが存在しないことを認識し、マスター選定中となる。その後、マスター選定のため、自身のＰＴＰパケットを他のＰＴＰハブに送信する。

ＰＴＰハブ間でＰＴＰパケットの送受信が行われ、スレーブ固定有効のＰＴＰハブ以外から新たなマスターが一台選出される。同図（ｃ）では、ＰＴＰハブ１６が新たに選出されている。その後、新たなマスターのＰＴＰハブのスレーブのＰＴＰハブ間で時刻同期の処理が行われる。

（動作例４）高速なマスター切り替えを行う場合の一斉開始の動作例
動作例３と同様に、機器、ＰＴＰハブとも全て起動した状態で且つスレーブ固定有効が解除され、マスターの選定まで完了した状態としている。新規ＰＴＰパケットを透過する機能（受信パケットを他の機器またはＰＴＰハブに転送する機能）は「有効」となっている。他のＰＴＰパケットは透過可能となっている。

以下、図２，５を参照しながら動作例４の手順について説明する。

マスターに接続した機器から「マスター切替え要求パケット」を送信する。図５（ａ）の事例では、機器２１が対象となる。また、機器が接続しているＰＴＰハブがマスターであることは、各機器がＰＴＰハブからＰＴＰ情報パケットを受けることにより判断が可能である。

「マスター切替え要求パケット」を受信したＰＴＰハブは、スレーブ固定有効を設定した後、マスターとしての情報をクリアにした後、ＰＴＰ状態をマスター選定中とし（同図（ｂ））、受信した「マスター切替え要求パケット」を他のハブに透過した後、マスター選出のためのＰＴＰパケット（ａｎｎｏｕｎｃｅ）が、他のＰＴＰハブからの送信を待機する。

マスター以外のＰＴＰハブが「マスター切替え要求パケット」を受信した場合、ＰＴＰ状態をマスター選定中とし、受信した「マスター切替え要求パケット」を他のハブに透過した後、マスターの選定のために、自身のＰＴＰパケットを他のＰＴＰハブに送信する。

ＰＴＰハブ間でＰＴＰパケットの送受信が行われ、スレーブ固体有効のＰＴＰハブ以外から、新たな一台のマスターが選定される。同図（ｃ）の事例では、ＰＴＰハブ１６が新たにマスターとして選出される。その後、マスターのＰＴＰハブとスレーブのＰＴＰハブ間で時刻同期の処理が行われる。

以上の動作例１～３の説明から明らかなように、ネットワーク１において、ＰＴＰハブ１１～１６は、外部（機器２１～２６）からスレーブ固定有効を解除する要求を受けてスレーブとしての機能を解除することにより、前記マスターへの切り替えが可能となる。したがって、ＰＴＰハブ１１～１６毎の同期処理の開始タイミングを任意に制御できる。

特に、外部からの要求に基づくスレーブ固定有効の解除とＰＴＰハブの選別により、ネットワーク１のＰＴＰハブ１１～１６からマスターとしてのＰＴＰハブを選定できる。

また、ネットワーク１において、ＰＴＰハブ１１～１６の透過機能が有効、すなわち、ＰＴＰハブ１１～１６の間でのパケット情報の透過が有効であり、ＰＴＰハブ１１～１６のスレーブ開放を効率よく実行できるので、同期処理の一斉開始を高速に行える。

さらに、外部からの要求に基づきスレーブ固定の有効とその解除が可能であるので、マスターのＰＴＰハブを他のＰＴＰハブに任意に切替えることができる。

そして、ＰＴＰハブ１１～１６の透過機能により、マスター切替え情報を全てのＰＴＰハブ１１～１６への伝達が可能となり、ＰＴＰハブ１１～１６のマスター切替えを高速に行える。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で様々な態様で実施が可能である。

１…ネットワーク
１１～１６…ＰＴＰハブ（ネットワーク機器）
２１～２６…機器

Claims

時刻同期のマスターまたはスレーブとして機能が可能なスイッチングハブからなるネットワーク機器であって、
前記スレーブから前記マスターに遷移しないようにロックする機能の有効または無効の設定を外部からの制御により実行可能であり、
前記スレーブとして機能している際に、外部からスレーブ固定開放要求パケットを受信するとスレーブ固定有効を解除し、当該ネットワーク機器のネットワークに属する他のネットワーク機器との送受信により得られた時刻同期のパケット情報に含まれる前記マスターとしての優先度に基づき当該ネットワークに属するネットワーク機器の群から前記マスターを再選定し、当該マスターとして再選定されたネットワーク機器の時刻と同期し、
前記マスターとして機能している際に、外部からマスター切替え要求パケットを受信すると、スレーブ固定有効を設定して、当該マスターに遷移しないようにロックし、当該ネットワーク機器のネットワークに属する他のネットワーク機器との送受信により得られた時刻同期のパケット情報に含まれるマスターとしての優先度に基づき当該ネットワークに属するネットワーク機器の群から前記マスターを再選定し、当該マスターとして再選定されたネットワーク機器の時刻と同期すること
を特徴とするネットワーク機器。
前記パケット情報は前記ネットワークのネットワーク機器の間での透過が有効であることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク機器。