JP7380905B2

JP7380905B2 - 通信システム

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Publication number: JP7380905B2
Application number: JP2022553348A
Authority: JP
Inventors: 浩文山本; 慶太高橋; 紘子野村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: WO2022070354A1; JPWO2022070354A1

Description

本開示は、通信システムに関するものである。

マスター装置とスレーブ装置とを有する通信システムにおいては、例えば通信タイミング制御等のためにマスター装置とスレーブ装置について時刻同期を行う。この際、時刻の同期源として選択可能なマスター装置が２つ以上存在する場合、例えば、非特許文献１に記載されるＢＭＣＡ（ＢｅｓｔＭａｓｔｅｒＣｌｏｃｋＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）等により同期源となるマスター装置を１つ選択する。このような通信システムにおける通信方式としては、例えば、非特許文献２に例示されるように、マスター装置とスレーブ装置とが、時刻の同期情報（Ｓ－Ｐｌａｎｅメッセージ）が含まれる通信プロトコルを用いて主信号（Ｃ／Ｕ－Ｐｌａｎｅメッセージ）及び装置設定信号（Ｍ－Ｐｌａｎｅメッセージ）を送受信するものが知られている。

"IEEE Standard for a Precision Clock, Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems" "ORAN-WG4.CUS.0-v03.00 Technical Specification, O-RAN Fronthaul Working Group, Control, User and Synchronization Plane Specification"

非特許文献２に示されるような通信方式を用いた通信システムにおいては、マスター装置とスレーブ装置との間で通信を確立して主信号を送受信するためには、同期情報のやり取りが必要である。１つのスレーブ装置に対して２つ以上のマスター装置が接続されている場合、非特許文献１に示されるような技術を用いると、同期源となる１つのマスター装置を選択することになる。この場合、同期源として選択されたマスター装置とスレーブ装置との間では同期情報がやり取りされて通信が確立される。一方、同期源として選択されなかったマスター装置とスレーブ装置との間では同期情報がやり取りされないため通信が確立できない。

また、通信システムにおいては、同期源のマスター装置からの同期信号に、揺らぎ、断絶等の異常が生じた場合、同期源をマスター装置群の別のマスター装置に切り替えることがある。同期源のマスター装置からの同期信号に異常が生じると、従来のシステムでは、まず、同期信号に異常が生じたものとは別のマスター装置のうちから次の同期源となるマスター装置を選択する。そして、新たに同期源として選択されたマスター装置とスレーブ装置との間で同期情報のやり取りをした後に、新たに同期源として選択されたマスター装置とスレーブ装置との間で同期が確立する。このため、新たな同期源となるマスター装置の選択及び同期確立までの間、スレーブ装置は、マスター装置と非同期であり、かつ、スレーブ装置のタイマーによるいわゆる自走状態となる。この結果として、スレーブ装置のタイマーの精度が発振器の精度の影響を受けやすくなる。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて、１つのスレーブ装置に対して２つ以上のマスター装置のそれぞれが主信号を送受信する通信システムにおいて、スレーブ装置の時刻同期源として１つのマスター装置を選択しつつ、時刻同期源に選択されなかったマスター装置とスレーブ装置との間での通信を確立可能であるとともに、スレーブ装置の時刻同期源となるマスター装置の切り替えにかかる時間の短縮を図ることができる通信システムを提供することにある。

本開示に係る通信システムは、２つ以上のマスター装置を含むマスター装置群と、前記マスター装置群の前記マスター装置のそれぞれと接続された１つのスレーブ装置と、を備え、前記マスター装置群の前記マスター装置のそれぞれと前記スレーブ装置とは、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて主信号を送受信し、前記スレーブ装置は、前記マスター装置群のうちから１つの前記マスター装置を同期源であるメインマスター装置として選択するとともに、前記マスター装置群のうちで前記メインマスター装置として選択しなかった前記マスター装置のうちから１つの前記マスター装置をサブマスター装置として選択するマスター選択部と、前記マスター選択部が選択した前記メインマスター装置と前記同期情報を送受信するメイン同期情報通信部と、前記マスター選択部が選択した前記サブマスター装置と前記同期情報を送受信するサブ同期情報通信部と、前記マスター装置群のうちで前記マスター選択部が前記メインマスター装置及び前記サブマスター装置のいずれとしても選択しなかった前記マスター装置とダミーの前記同期情報を送受信するダミー信号通信部と、を備える。

本開示に係る通信システムによれば、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて、１つのスレーブ装置に対して２つ以上のマスター装置のそれぞれが主信号を送受信する通信システムにおいて、スレーブ装置の時刻同期源として１つのマスター装置を選択しつつ、時刻同期源に選択されなかったマスター装置とスレーブ装置との間での通信を確立可能であるとともに、スレーブ装置の時刻同期源となるマスター装置の切り替えにかかる時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る通信システムの全体構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る通信システムのスレーブ装置における特に同期信号処理に関係する要部の構成を示すブロック図である。

本開示に係る通信システムを実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。なお、本開示は以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、又は各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

実施の形態１．
図１及び図２を参照しながら、本開示の実施の形態１について説明する。図１は通信システムの全体構成を示すブロック図である。図２は通信システムのスレーブ装置における特に同期信号処理に関係する要部の構成を示すブロック図である。

この実施の形態に係る通信システムは、図１に示すように、マスター装置群１０と、１つのスレーブ装置１００とを備えている。マスター装置群１０は、２つ以上のマスター装置を含んでいる。図示の例では、マスター装置群１０はＮ台のマスター装置を含んでいる。Ｎは２以上の整数である。それぞれのマスター装置を区別するため、便宜的にそれぞれのマスター装置に通し番号を振り、マスター装置＃１、マスター装置＃２、・・・、マスター装置＃Ｎと表記する。なお、マスター装置群１０のマスター装置は、それぞれが個別の装置であっても、一体化された装置であってもよい。

スレーブ装置１００は、マスター装置群１０のマスター装置のそれぞれと接続されている。マスター装置群１０のマスター装置は、例えば、親局装置に内蔵されている。スレーブ装置１００は、例えば、子局装置に内蔵されている。通信システムが、Ｏ－ＲＡＮ（ＯｐｅｎＲａｄｉｏＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）のモバイルフロントホールに適用されている場合、親局装置は基地局のＣＵ（ＣｅｎｔｒａｌＵｎｉｔ）及び／又はＤＵ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＵｎｉｔ）である。また、この場合、子局装置はＲＵ（ＲａｄｉｏＵｎｉｔ）にあたる。

スレーブ装置１００は、マスター装置群１０のマスター装置のそれぞれと、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて主信号を同一媒体で送受信する。すなわち、マスター装置群１０のマスター装置のそれぞれと、スレーブ装置１００とは、主信号に加えて、時刻の同期情報も必要な通信方式で接続されている。このような通信方式として、具体的に例えば、ｅＣＰＲＩ（ＣｏｍｍｏｎＰｕｂｌｉｃＲａｄｉｏＩｎｔｅｒｆａｃｅ（ＣＰＲＩは登録商標））を挙げることができる。

例えば、マスター装置群１０とスレーブ装置１００との間の通信に、ＯＲＡＮ－ＷＧ４（Ｏ－ＲＡＮＡｌｌｉａｎｃｅＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐ４）で規定されているインターフェースを使用しているとする。この場合、スレーブ装置１００の設定情報はＭ－ｐｌａｎｅプロトコルによりマスター装置から取得する。また、Ｃ－ｐｌａｎｅメッセージは主信号の制御情報に相当し、Ｕ－ｐｌａｎｅメッセージは主信号のユーザ情報に相当する。そして、時刻の同期情報は、Ｓ－ｐｌａｎｅメッセージに含まれている。

スレーブ装置１００は、２つ以上のスレーブ機能１０１を有している。スレーブ機能１０１は、当該スレーブ装置１００が通信するマスター装置群１０のマスター装置のそれぞれに対応している。スレーブ機能１０１は、マスター装置と同数だけ設けられている。すなわち、図示の構成例では、スレーブ装置１００にスレーブ機能１０１がＮ個ある。このように、この実施の形態の通信システムでは、複数のマスター装置に対応する複数のスレーブ機能１０１が、１つのスレーブ装置１００を共用している。

次に、図２を参照しながら、複数のスレーブ機能１０１が共用するスレーブ装置１００の構成について説明する。同図に示すように、スレーブ装置１００は、インターフェース部１１１、スイッチ部１１２、発振器１２１、タイマー１２２、補正値計算部１２３、マスター選択部１３０、メイン同期情報通信部１５１、サブ同期情報通信部１５２及びダミー信号通信部１４０を備えている。

スレーブ装置１００は、ハードウェアとして、プロセッサ及びメモリを備えたコンピュータにより構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰともいう。メモリには、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、又は、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク及びＤＶＤ等が該当する。

スレーブ装置１００のメモリには、ソフトウェアとしてのプログラムが記憶される。そして、スレーブ装置１００は、メモリに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することによって予め設定された処理を実施し、ハードウェアとソフトウェアとが協働した結果として、スイッチ部１１２、タイマー１２２、補正値計算部１２３、マスター選択部１３０、メイン同期情報通信部１５１、サブ同期情報通信部１５２及びダミー信号通信部１４０の各部の機能、並びに、スレーブ機能１０１を実現する。

インターフェース部１１１は、マスター装置群１０のマスター装置それぞれと同期情報及び主信号を送受信するための通信インターフェースである。インターフェース部１１１は、当該スレーブ装置１００が通信するマスター装置群１０のマスター装置のそれぞれに対応している。インターフェース部１１１は、マスター装置と同数だけ設けられている。すなわち、スレーブ装置１００は、２以上のインターフェース部１１１を備えている。なお、図示の構成例では、スレーブ装置１００にインターフェース部１１１がＮ個ある。スイッチ部１１２は、２以上のインターフェース部１１１を切り替える。スイッチ部１１２がインターフェース部１１１を切り替えることで、スレーブ装置１００と同期情報を通信するマスター装置が切り替えられる。

発振器１２１は、タイマー１２２が時刻を刻むタイミング信号を出力する。例えば、発振器１２１は、水晶振動子を有しており、タイミング信号として周期的な正弦波信号、矩形波信号又はパルス信号等を出力する。タイマー１２２は、発振器１２１から出力されたタイミング信号に基づいて、時刻を計時する。タイマー１２２は、後述するメイン同期情報通信部１５１が受信した同期情報を用いてスレーブ装置１００の時刻情報を確定する。タイマー１２２により、スレーブ装置１００のスレーブ機能１０１における各種処理に用いられる時刻情報が確定される。

マスター選択部１３０は、マスター装置群１０のうちから１つのマスター装置をスレーブ装置１００の同期源であるメインマスター装置として選択する。同期源として選択されたメインマスター装置は、いわゆるグランドマスターあるいはバウンダリクロックとして働くことになる。また、マスター選択部１３０は、マスター装置群１０のうちで前述のメインマスター装置として選択しなかったマスター装置のうちから１つのマスター装置をサブマスター装置として選択する。

メイン同期情報通信部１５１は、マスター選択部１３０が同期源として選択したメインマスター装置と同期情報を送受信する。この際、スイッチ部１１２は、メイン同期情報通信部１５１が通信に使用するインターフェース部１１１を、マスター選択部１３０が同期源として選択したメインマスター装置に対応したものに切り替える。このようにすることで、メイン同期情報通信部１５１は、マスター選択部１３０が同期源として選択したメインマスター装置と同期情報を送受信することが可能となる。

サブ同期情報通信部１５２は、マスター選択部１３０が選択したサブマスター装置と同期情報を送受信する。この際、スイッチ部１１２は、サブ同期情報通信部１５２が通信に使用するインターフェース部１１１を、マスター選択部１３０が選択したサブマスター装置に対応したものに切り替える。このようにすることで、サブ同期情報通信部１５２は、マスター選択部１３０が選択したサブマスター装置と同期情報を送受信することが可能となる。

補正値計算部１２３は、メイン同期情報通信部１５１及びサブ同期情報通信部１５２と接続するマスター装置について、それぞれの同期差分情報を算出する。つまり、補正値計算部１２３は、メイン同期情報通信部１５１が受信したメインマスター装置の同期情報と、タイマー１２２が計時する時刻との差分を算出する。そして、補正値計算部１２３は、サブ同期情報通信部１５２が受信したサブマスター装置の同期情報と、タイマー１２２が計時する時刻との差分も算出する。また、補正値計算部１２３は、メインマスター装置の同期情報とサブマスター装置の同期情報との間の差分も算出する。補正値計算部１２３は、メインマスター装置及びサブマスター装置のそれぞれの同期差分情報を保持する。また、補正値計算部１２３は、メインマスター装置とサブマスター装置との間の同期差分情報、すなわち、メインマスター装置の同期情報とサブマスター装置の同期情報との間の差分に関する情報も保持する。保持される同期差分情報は、例えば、前述したスレーブ装置１００のメモリに記憶される。なお、補正値計算部１２３の同期差分情報は、メインマスター装置とメイン同期情報通信部１５１との間、及び、サブマスター装置とサブ同期情報通信部１５２との間の時刻同期シーケンス毎に更新することができる。

マスター選択部１３０が同期源のメインマスター装置及びサブマスター装置を選択する際には、まず、スイッチ部１１２によりメイン同期情報通信部１５１が通信に使用するインターフェース部１１１を切り替えながら、マスター装置群１０の全てのマスター装置から同期情報を取得する。そして、マスター選択部１３０は、取得した全てのマスター装置の同期情報に基づいて、同期源とするメインマスター装置及びサブマスター装置を決定する。

この際、例えば、補正値計算部１２３は、マスター装置群１０の全てのマスター装置から取得した同期情報のそれぞれについて、タイマー１２２が計時する時刻との差分を算出する。そして、マスター選択部１３０は、補正値計算部１２３の算出結果を用いて、例えば、差分が最小の同期情報のマスター装置をメインマスター装置として選択する。また、マスター選択部１３０は、差分がメインマスター装置の次に小さい同期情報のマスター装置をサブマスター装置として選択する。あるいは、時刻同期にＰＴＰ（ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴｉｍｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）を用いている場合、マスター選択部１３０は、ＢＭＣＡ（ＢｅｓｔＭａｓｔｅｒＣｌｏｃｋＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）を使用してメインマスター装置及びサブマスター装置を決定してもよい。

ダミー信号通信部１４０は、マスター装置群１０のうちでマスター選択部１３０がメインマスター装置及びサブマスター装置のいずれにも選択しなかったマスター装置とダミーの同期情報を送受信する。つまり、ダミー信号通信部１４０は、マスター装置群１０のうちでメインマスター装置に選択されず、かつ、サブマスター装置にも選択されなかったマスター装置とダミーの同期情報を送受信する。

例えば、時刻同期にＰＴＰを用いている場合、ダミー信号通信部１４０は、ダミーの同期情報としてｄｅｌａｙｒｅｑｕｅｓｔｍｅｓｓａｇｅを生成する。ダミー信号通信部１４０は、ダミーの同期情報を生成する際の元になる時刻情報を、例えばタイマー１２２から取得する。あるいは、ダミーの同期情報を生成する際の元になる時刻情報の生成を、タイマー１２２とは別にダミー信号通信部１４０が行ってもよい。すなわち、ダミー信号通信部１４０は、タイマー１２２とは独立した計時手段を備えていてもよい。

スイッチ部１１２は、ダミー信号通信部１４０が通信に使用するインターフェース部１１１を、メインマスター装置に選択されず、かつ、サブマスター装置にも選択されなかったマスター装置のそれぞれに対応したものに切り替える。このようにすることで、ダミー信号通信部１４０は、マスター選択部１３０が選択しなかったマスター装置のそれぞれとダミーの同期情報を送受信することが可能となる。

メインマスター装置として選択されたマスター装置は、メイン同期情報通信部１５１と同期情報の送受信を行うため、自身の配下にスレーブ装置１００があることを認識できる。そして、メインマスター装置とスレーブ装置１００との間で通信が確立される。一方、ダミー信号通信部１４０が生成したダミーの同期情報を受信したマスター装置は、自身の配下にスレーブ装置１００があることを認識できる。また、サブマスター装置として選択されたマスター装置も、サブ同期情報通信部１５２と同期情報の送受信を行うため、自身の配下にスレーブ装置１００があることを認識できる。そして、スレーブ装置１００の同期源として選択されなかったマスター装置との間で同期情報のやり取りが生じるため、同期源として選択されなかったマスター装置とスレーブ装置１００との間でも通信を確立できる。

したがって、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて、１つのスレーブ装置１００に対して２つ以上のマスター装置のそれぞれが主信号を送受信する通信システムにおいて、スレーブ装置１００の時刻同期源として１つのメインマスター装置を選択し、さらに１つのサブマスター装置を選択しつつ、時刻同期源に選択されなかったマスター装置とスレーブ装置１００との間での通信を確立し、時刻同期源に選択されなかったマスター装置とスレーブ装置１００との間でも主信号を送受信することができる。

通信システムにおいては、同期源として現在選択されているマスター装置からの同期信号に、揺らぎ、断絶等の異常が生じた場合、同期源をマスター装置群の別のマスター装置に切り替えることがある。ここで、比較例として従来の通信システムの場合を考える。この場合、同期源として現在選択されているマスター装置からの同期信号に異常が生じると、従来のシステムでは、まず、同期信号に異常が生じたものとは別のマスター装置のうちから次の同期源となるマスター装置を選択する。この次の同期源を選択するために、マスター装置群１０の各マスター装置から同期情報を取得する。続いて、取得した各マスター装置の同期情報に基づいて、次の同期源となるマスター装置を選択する。そして、新たに同期源として選択されたマスター装置とスレーブ装置との間で同期情報のやり取りをした後に、新たに同期源として選択されたマスター装置とスレーブ装置との間で同期が確立する。そして、新たな同期源となるマスター装置の選択及び同期確立までの間、スレーブ装置は、マスター装置と非同期であり、かつ、スレーブ装置のタイマーによるいわゆる自走状態となる。この結果として、スレーブ装置のタイマーの精度が発振器の精度の影響を受けやすくなる。

これに対し、この実施の形態の通信システムにおいては、メインマスター装置の他にサブマスター装置が予め選択されている。そして、メインマスター装置とメイン同期情報通信部１５１との間での同期情報の送受信と並行して、サブマスター装置とサブ同期情報通信部１５２との間でも同期情報の送受信が行われている。同期源として現在選択されているメインマスター装置からの同期信号に異常が生じた際には、サブマスター装置を新たなメインマスター装置すなわち同期源として使用する。また、前述したように補正値計算部１２３の同期差分情報は、それぞれのマスター装置と同期情報通信部との間の時刻同期シーケンス毎に更新することができるため、メインマスター装置からの同期信号に異常が生じる前に、サブマスター装置を新たなメインマスター装置に切り替えることもある。

このように、予め同期情報のやり取りがあるサブマスター装置に同期源を切り替えることで、新たな同期源となるマスター装置との同期確立にかかる時間を短縮することができる。すなわち、スレーブ装置１００の時刻同期源となるマスター装置の切り替えにかかる時間を短縮し、スレーブ装置１００のタイマー１２２による自走状態となる時間の短縮を図ることが可能である。このため、スレーブ装置１００のタイマー１２２の精度に対する発振器１２１の精度の影響を減らすことができる。したがって、スレーブ装置１００の発振器１２１として高精度なものを使用しなくともタイマー１２２の精度悪化を抑制できる。

本開示は、２つ以上のマスター装置を含むマスター装置群と、マスター装置群のマスター装置のそれぞれと接続された１つのスレーブ装置とを備え、それぞれのマスター装置とスレーブ装置とは、時刻の同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて主信号を送受信する通信システムに利用できる。

１０マスター装置群
１００スレーブ装置
１０１スレーブ機能
１１１インターフェース部
１１２スイッチ部
１２１発振器
１２２タイマー
１２３補正値計算部
１３０マスター選択部
１４０ダミー信号通信部
１５１メイン同期情報通信部
１５２サブ同期情報通信部

Claims

２つ以上のマスター装置を含むマスター装置群と、
前記マスター装置群の前記マスター装置のそれぞれと接続された１つのスレーブ装置と、を備え、
前記マスター装置群の前記マスター装置のそれぞれと前記スレーブ装置とは、同期情報が含まれる通信プロトコルを用いて主信号を送受信し、
前記スレーブ装置は、
前記マスター装置群のうちから１つの前記マスター装置を同期源であるメインマスター装置として選択するとともに、前記マスター装置群のうちで前記メインマスター装置として選択しなかった前記マスター装置のうちから１つの前記マスター装置をサブマスター装置として選択するマスター選択部と、
前記マスター選択部が選択した前記メインマスター装置と前記同期情報を送受信するメイン同期情報通信部と、
前記マスター選択部が選択した前記サブマスター装置と前記同期情報を送受信するサブ同期情報通信部と、
前記マスター装置群のうちで前記マスター選択部が前記メインマスター装置及び前記サブマスター装置のいずれとしても選択しなかった前記マスター装置とダミーの前記同期情報を送受信するダミー信号通信部と、を備えた通信システム。
前記スレーブ装置は、
前記メイン同期情報通信部が受信した前記同期情報を用いて前記スレーブ装置の時刻情報を確定するタイマーと、
前記メイン同期情報通信部が受信した前記同期情報と前記タイマーの時刻情報とを比較して同期差分情報を算出するとともに、前記サブ同期情報通信部が受信した前記同期情報と前記タイマーの時刻情報とを比較して同期差分情報を算出する補正値計算部と、をさらに備えた請求項１に記載の通信システム。
前記補正値計算部は、前記メイン同期情報通信部が受信した前記同期情報と前記サブ同期情報通信部が受信した前記同期情報との差分を算出して保持する請求項２に記載の通信システム。
前記補正値計算部は、前記メインマスター装置と前記メイン同期情報通信部との間、及び、前記サブマスター装置と前記サブ同期情報通信部との間の時刻同期シーケンス毎に前記同期差分情報を更新可能である請求項２又は請求項３に記載の通信システム。
前記ダミー信号通信部は、前記タイマーとは独立して計時する手段を用いてダミーの前記時刻情報を生成する請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の通信システム。
前記スレーブ装置は、
前記マスター装置群の前記マスター装置のそれぞれと通信するための２以上のインターフェース部と、
前記メイン同期情報通信部、前記サブ同期情報通信部及び前記ダミー信号通信部が通信に使用する前記インターフェース部を切り替えるスイッチ部と、をさらに備えた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の通信システム。