TW201643569A - 時刻同步裝置、時刻同步系統以及時刻同步方法 - Google Patents

Abstract

在時刻同步裝置(300)中，接收部(310)從主裝置(200)接收第1資料(401)。之後，傳送部(320)將第2資料(402)傳送到主裝置(200)。補正部(340)補正使用軟體時鐘之從屬時鐘(301)所記錄之第1資料(401)接收時刻與第2資料(402)的傳送時刻。同步部(350)至少從主裝置(200)通知的第1資料(401)傳送時刻、利用補正部(340)補正的第1資料(401)接收時刻、利用補正部(340)補正的第2資料(402)傳送時刻、及主裝置(200)通知的第2資料(402)接收時刻，計算出主時鐘(201)與從屬時鐘(301)的時刻偏差之偏置(405)。

Description

時刻同步裝置、時刻同步系統以及時刻同步方法

本發明為有關一種時刻同步裝置、時刻同步系統以及時刻同步方法者。

在PA(Process‧Automation；處理自動化)領域中，藉由從封閉網路構成到開放網路構成之轉換、以及新資訊技術的適用等，推展實現廣區域的智慧通訊。作為具體例示，可以舉例如智慧電網。在多數裝置的計測與控制中，為了簡單化事件同步與資料相關，要求高精確度的時刻同步。

在封閉網路構成中，利用獨自的時刻同步方式，使所謂數十台之比較少數的裝置時刻同步化。時刻同步精確度為微秒單位。為了提高時刻同步精確度，時刻同步方式主要是被安裝在硬體基底。

作為在開放網路構成可利用的時刻同步方式，IEEE(Institute‧of‧Electrical‧and‧Electronics‧Eengineers；電機電子工程師學會)發展出利用乙太網路(Ethernet；商標登錄)之時刻同步規格IEEE1588。在IEEE1588中，規定了藉由透過網路傳送/接收已記錄時刻的同步訊框，同步時刻的方法。IEEE1588的安裝分為硬體基底安裝與軟體基底安裝2種類。

在硬體基底安裝中，使用進行OSI(Open‧ Systems‧Interconnection；開放系統互連)參考模型的物理層處理之PHY的硬體時間戳記機能，記錄時刻(例如參照專利文獻1)。因此，時刻傳送側將PHY傳送同步訊框時的時間戳記作為傳送時刻予以記錄，傳送已記錄之傳送時刻。同樣，時刻接收側將PHY接收同步訊框時的時間戳記作為接收時刻予以記錄，將已記錄之接收時刻利用於應用程式。時刻同步精確度在理論上雖然是1奈米秒，但實際上最高為100奈米秒程度。

在軟體基底安裝中，使用進行OSI參考模型的應用層處理之應用程式的軟體時間戳記機能，記錄時刻。因此，時刻傳送側將應用程式對下位處理指示同步訊框的傳送時的時間戳記作為傳送時刻予以記錄，傳送已記錄的傳送時刻。同樣，時刻接收側將應用程式在從下位處理被通知同步訊框的接收時之時間戳記作為接收時刻予以記錄，將已記錄之接收時刻利用於應用程式。時刻同步精確度在最差的情況下為惡化到100毫秒程度。又，軟體基底安裝的時刻同步精確度根據應用程式所動作的OS(Operating‧System；作業系統)、及通訊機能的階層構造而有大幅變動。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2012-256965號公報

在系統從封閉網路構成變更為開放網路構成時， 將該系統與其他系統連接。從資產交流的觀點看來，在系統內部之時刻同步中繼續利用既存的時刻同步方式，在與系統外部的時刻同步時認為可利用IEEE1588。但是，在該情況下，必須要有對應既存的時刻同步方式及IEEE1588兩方的終端。在重新導入IEEE1588的情況下，若是採用硬體基底安裝，可以得到高精確度的時刻同步，但是會耗費龐大成本。因此從成本節省的觀點看來，期許採用軟體基底安裝。

本發明以提升根據軟體基底安裝之時刻同步方式的時刻同步精確度為目的。

有關本發明之一形態之時刻同步裝置，包括：接收部，從具有主時鐘的主裝置接收第1資料；傳送部，在根據前述接收部接收前述第1資料後，將第2資料傳送到前述主裝置；記錄部，使用軟體時鐘之從屬時鐘，記錄前述接收部之前述第1資料接收時刻、及前述傳送部之前述第2資料傳送時刻；補正部，補正根據前述記錄部記錄的前述第1資料接收時刻、及前述第2資料傳送時刻；及同步部，至少從前述主裝置通知之前述主裝置的前述第1資料傳送時刻、根據前述補正部補正之前述第1資料接收時刻、根據前述補正部補正之前述第2資料傳送時刻、及前述主裝置通知之前述主裝置的前述第2資料接收時刻，計算出前述主裝置時鐘與前述從屬時鐘之時刻偏差的偏置。

在本發明中，由於補正使用軟體時鐘記錄的時刻，可以提升根據軟體基底安裝之時刻同步方式的時刻同步精確度。

100‧‧‧時刻同步系統

101‧‧‧第1時刻同步方式

102‧‧‧第2時刻同步方式

110‧‧‧GM(總主裝置)

120‧‧‧PLC(可程式邏輯控制器)

130‧‧‧現場裝置

200‧‧‧主裝置

201‧‧‧主時鐘

202‧‧‧PHY(Port‧Physical‧Layer；埠物理層)

203‧‧‧MAC(媒體存取控制器)

204‧‧‧MAC驅動器

205‧‧‧OS(作業系統)

206‧‧‧時刻同步應用程式

207‧‧‧其他應用程式

208‧‧‧補正表

210‧‧‧傳送部

220‧‧‧接收部

230‧‧‧記錄部

240‧‧‧補正部

300‧‧‧時刻同步裝置

301‧‧‧從屬時鐘

302‧‧‧PHY

303‧‧‧MAC

304‧‧‧MAC驅動器

305‧‧‧OS

306‧‧‧時刻同步應用程式

307‧‧‧其他應用程式

308‧‧‧補正表

310‧‧‧接收部

320‧‧‧傳送部

330‧‧‧記錄部

340‧‧‧補正部

350‧‧‧同步部

400‧‧‧網路

401‧‧‧第1資料

402‧‧‧第2資料

403‧‧‧第3資料

404‧‧‧第4資料

405‧‧‧偏置

901‧‧‧處理器

902‧‧‧輔助記憶裝置

903‧‧‧記憶體

904‧‧‧通訊裝置

905‧‧‧輸入介面

906‧‧‧顯示器介面

907‧‧‧輸入裝置

908‧‧‧顯示器

910‧‧‧訊號線

911‧‧‧電線

912‧‧‧電線

921‧‧‧接收器

922‧‧‧傳送器

圖1為顯示有關實施形態1之時刻同步系統的構成例之圖面。

圖2為顯示有關實施形態1之主裝置與時刻同步裝置之構成的方塊圖。

圖3為顯示有關實施形態1之時刻同步系統的動作之流程圖。

圖4為顯示有關實施形態1之時刻同步系統的動作之流程圖。

圖5為顯示有關實施形態1之時刻同步系統的動作之流程圖。

圖6為顯示有關實施形態1之主裝置與時刻同步裝置之安裝例的方塊圖。

圖7為顯示有關實施形態1之主裝置與時刻同步裝置間之通訊手段的順序圖。

圖8為顯示有關實施形態2之時刻同步系統的構成例之圖面。

圖9為顯示有關實施形態3之時刻同步系統的構成例之圖面。

圖10為顯示有關本發明之實施形態之時刻同步裝置的硬 體構成例之圖面。

以下，針對本發明之實施形態，使用圖面進行說明。又，各圖中相同或相當的部份附予相同的符號。在實施形態的說明中，針對相同或相當的部分，會適當省略或簡略該說明。

實施形態1.

在習知之根據軟體基底安裝之時刻同步方式中，會有前述之時刻同步精確度惡化的課題。該課題的主因為軟體時間戳記的波動、及安裝時刻同步的終端之內部處理延遲的非對稱性。在本實施形態中，藉由補正時刻的記錄值，可以除去或抑制此等主因的至少一部份。

本實施形態為利用軟體基底安裝，實現存在有多台裝置之分散系統中的時刻同步者。在有關本實施形態之根據軟體基底安裝之時刻同步方式中，利用IEEE1588的原理。該時刻同步方式可安裝在存在於分散系統中的任意終端。安裝在終端的OS為即時OS。時刻傳送側的終端為主裝置。時刻接收側的終端為從屬、實施時刻同步的終端。

以下，依序說明有關本實施形態之系統構成、有關本實施形態之系統動作、本實施形態之效果。

***構成的說明***

參照圖1，說明有關本實施形態系統之時刻同步系統100的構成例。

時刻同步系統100為分散系統。時刻同步系統100 包括：1台GM110(Grand。Master；總主裝置)、及多台PLC120(Programmable‧Logic‧Controller；可程式邏輯控制器)、及多台現場裝置130。

在本例中，採用樹狀型的網路架構。GM110成為根部，至少有3台PLC120作為根部的下位節點與GM110連接。至少連接1台PLC120或是至少3台的現場裝置130作為更下位節點，構成子網路。

GM110提供時刻基準。在GM110和與GM110連接之PLC120間的時刻同步中適用第1時刻同步方式101。第1時刻同步方式101為有關本實施形態之根據軟體基底安裝之時刻同步方式，是利用IEEE1588的原理者。針對根據第1時刻同步方式101的時刻同步順序將於之後詳述。

在各子網路內部的時刻同步中適用第2時刻同步方式102。第2時刻同步方式102為各子網路之獨自的時刻同步方式。針對根據第2時刻同步方式102的時刻同步順序由於可以適用任意的順序，省略說明。

與GM110連接之PLC120與各子網路的第2時刻同步方式102對應，同時也與第1時刻同步方式101對應。

又，與GM110連接之PLC120的台數、及各子網路的構成可以進行適當變更。將PLC120置換成NC(Numerical‧Controller；數值控制器)等其他種類的機器亦可。

參照圖2，說明有關本實施形態之主裝置200及時刻同步裝置300的構成。

主裝置200具有主時鐘201。主時鐘201並不是硬體時鐘，而是軟體時鐘。所謂硬體時鐘為搭載在硬體之時鐘。硬體時鐘被利用於硬體時間戳記機能。所謂軟體時鐘為利用軟體進行管理之時鐘。軟體時鐘被利用於軟體時間戳記機能。

主裝置200包括：傳送部210、接收部220、記錄部230、及補正部240。

圖1所示之GM110為第1時刻同步方式101中之時刻傳送側的終端，相當於主裝置200。

時刻同步裝置300具有從屬時鐘301。從屬時鐘301與主時鐘201相同，並不是硬體時鐘，而是軟體時鐘。

時刻同步裝置300包括：接收部310、傳送部320、記錄部330、補正部340、及同步部350。

如圖1所示之與GM110連接之PLC120為第1時刻同步方式101中之時刻接收側的終端，相當於時刻同步裝置300。

主裝置200與時刻同步裝置300依照以下說明之第1時刻同步方式101的通訊順序，透過網路400互相傳送/接收資料。藉此，時刻同步裝置300可以使從屬時鐘301的時刻與主時鐘201的時刻一致。

主裝置200的傳送部210將第1資料401傳送到時刻同步裝置300。

時刻同步裝置300的接收部310從主裝置200接收第1資料401。

時刻同步裝置300的傳送部320在利用接收部310 接收第1資料401後，將第2資料402傳送到主裝置200。

主裝置200的接收部220從時刻同步裝置300接收第2資料402。

主裝置200的記錄部230使用主時鐘201，記錄傳送部210之第1資料401傳送時刻及接收部220之第2資料402接收時刻。

主裝置200的補正部240補正根據記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻及第2資料402接收時刻。

主裝置200的傳送部210將至少用以通知根據補正部240補正之第1資料401傳送時刻之第3資料403、及至少用以通知根據補正部240補正之第2資料402接收時刻之第4資料404傳送到時刻同步裝置300。藉此，傳送部210對於時刻同步裝置300至少通知根據補正部240補正之第1資料401傳送時刻及第2資料402接收時刻。

時刻同步裝置300的接收部310從主裝置200接收第3資料403及第4資料404。

時刻同步裝置300的記錄部330使用從屬時鐘301，記錄接收部310之第1資料401接收時刻及傳送部320之第2資料402傳送時刻。

時刻同步裝置300的補正部340補正根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻及第2資料402傳送時刻。

時刻同步裝置300的同步部350至少從主裝置200通知的主裝置200之第1資料401傳送時刻、根據補正部340補正之第1資料401接收時刻、根據補正部340補正之第2資 料402傳送時刻、及主裝置200通知的主裝置200之第2資料402接收時刻，計算出偏置405。偏置405為主時鐘201與從屬時鐘301之時刻偏移。同步部350在計算偏置405時，參照根據接收部310接收的第3資料403與第4資料404。即，同步部350從根據接收部310接收的第3資料403，得到主裝置200之第1資料401傳送時刻。同步部350從根據接收部310接收的第4資料404，得到主裝置200之第2資料402接收時刻。

在本實施形態中，第3資料403不只是根據主裝置200的補正部240補正之第1資料401傳送時刻，也是用以通知根據主裝置200的記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻之資料。第4資料404不只是根據補正部240補正之第2資料402接收時刻，也是用以通知根據記錄部230記錄之第2資料402接收時刻之資料。即，在本實施形態中，主裝置200的傳送部210對於時刻同步裝置300，進一步通知根據記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻、及第2資料402接收時刻。為此，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，將根據主裝置200的記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻與根據主裝置200的補正部240補正之第1資料401傳送時刻兩者用來作為主裝置200通知的主裝置200之第1資料401傳送時刻。又，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，將根據主裝置200的記錄部230記錄之第2資料402接收時刻與根據主裝置200的補正部240補正之第2資料402接收時刻兩者用來作為主裝置200通知的主裝置200之第2資料402接 收時刻。

在本實施形態中，同步部350在計算偏置405時，不只是根據補正部340補正之第1資料401接收時刻，也使用記錄部330記錄之第1資料401接收時刻。又，同步部350在計算偏置405時，不只是根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻，也使用記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻。

換言之，在本實施形態中，同步部350從主裝置200記錄之第1資料401傳送時刻、主裝置200補正之第1資料401傳送時刻、根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻、根據補正部340補正之第1資料401接收時刻、根據記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻、根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻、主裝置200記錄之第2資料402傳送時刻、及主裝置200補正之第2資料402接收時刻，計算出偏置405。

具體而言，同步部350從主裝置200記錄之第1資料401傳送時刻與主裝置200補正之第1資料401傳送時刻的總合、和根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻與根據補正部340補正之第1資料401接收時刻的總合之差、及根據記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻與根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻的總合、和主裝置200記錄之第2資料402接收時刻與主裝置200補正之第2資料402接收時刻的總合之差，計算出偏置405。

又，第3資料403即使只是用以通知根據主裝置200的記錄部230記錄的第1資料401傳送時刻之資料亦可。 第4資料404即使只是用以通知根據記錄部230記錄的第2資料402接收時刻之資料亦可。因此，主裝置200不包括補正部240亦可。

在主裝置200不包括補正部240、或是補正部240沒有補正根據記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻之情況下，時刻同步裝置300的補正部340補正主裝置200通知之主裝置200的第1資料401傳送時刻亦可。在該情況下，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，可以使用主裝置200通知之主裝置200的第1資料401傳送時刻，同時使用根據補正部340補正之第1資料401的傳送時刻。

在主裝置200不包括補正部240、或是補正部240沒有補正根據記錄部230記錄之第2資料402接收時刻之情況下，時刻同步裝置300的補正部340補正主裝置200通知之主裝置200的第2資料402接收時刻亦可。在該情況下，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，可以使用主裝置200通知之主裝置200的第2資料402接收時刻，同時使用根據補正部340補正之第2資料402接收時刻。

***動作說明***

參照圖3、圖4及圖5，說明時刻同步系統100的動作。時刻同步系統100的動作相當於有關本實施形態之時刻同步方法。

圖3為顯示與第1資料401的傳送/接收相關之動作。在本實施形態中反覆進行第1資料401的傳送/接收。

在步驟S11中，主裝置200的傳送部210將第1 資料401反覆傳送到時刻同步裝置300。

在步驟S12中，時刻同步裝置300的接收部310從主裝置200反覆接收第1資料401。

在步驟S13中，主裝置200的記錄部230在每次根據傳送部210傳送第1資料401時，使用主時鐘201記錄傳送部210之第1資料401傳送時刻。

在步驟S14中，主裝置200的補正部240在每次根據記錄部230記錄第1資料401的傳送時刻時產生亂數，並使用已產生的亂數，計算根據記錄部230記錄之第1資料401傳送時刻的補正值。

在步驟S15中，主裝置200的傳送部210將用以通知根據補正部240計算之第1資料401傳送時刻的補正值之資料作為第3資料403傳送到時刻同步裝置300。

在步驟S16中，時刻同步裝置300的接收部310從主裝置200反覆接收第3資料403。

在步驟S17中，時刻同步裝置300的記錄部330在每次根據接收部310接收第1資料401時，使用從屬時鐘301記錄接收部310之第1資料接收時刻。

在步驟S18中，時刻同步裝置300的補正部340在每次根據記錄部330記錄第1資料401的接收時刻時產生亂數，使用已產生的亂數，計算根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻的補正值。

如後述所示，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，使用根據補正部340計算之第1資料401接 收時刻的補正值作為第1資料401的接收時刻。

圖4為顯示與第2資料402的傳送/接收相關之動作。在本實施形態中反覆進行第2資料402的傳送/接收。

在步驟S21中，時刻同步裝置300的傳送部320在每次根據接收部310接收第1資料401時，將第2資料402傳送到主裝置200。

在步驟S22中，主裝置200的接收部220從時刻同步裝置300反覆接收第2資料402。

在步驟S23中，主裝置200的記錄部230在每次根據接收部220接收第2資料402時，使用主時鐘201記錄接收部220之第2資料402接收時刻。

在步驟S24中，主裝置200的補正部240在每次根據記錄部230記錄第2資料402的接收時刻時產生亂數，使用已產生的亂數，計算根據記錄部230記錄之第2資料402接收時刻的補正值。

在步驟S25中，主裝置200的傳送部210將用以通知根據補正部240計算之第2資料402接收時刻的補正值之資料作為第4資料404傳送到時刻同步裝置300。

在步驟S26中，時刻同步裝置300的接收部310從主裝置200反覆接收第4資料404。

在步驟S27中，時刻同步裝置300的記錄部330在每次根據傳送部320傳送第2資料402時，使用從屬時鐘301，記錄傳送部320之第2資料402的傳送時刻。

在步驟S28中，時刻同步裝置300的補正部340 在每次根據記錄部330記錄第2資料402傳送時刻時產生亂數，使用已產生的亂數，計算根據記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻的補正值。

如後述所示，時刻同步裝置300的同步部350在計算偏置405時，使用根據補正部340計算之第2資料402傳送時刻的補正值作為第2資料402的傳送時刻。

在本實施形態中，如上述所示，反覆進行將1個個第1資料401、第2資料402、第3資料403及第4資料404依序傳送/接收之通訊順序。

圖5為顯示計算偏置405的動作。

在步驟S31中，時刻同步裝置300的同步部350在每次根據接收部220接收第1資料401時，計算偏置405。即，同步部350針對1次的通訊順序，計算1個偏置405。

在步驟S32中，時刻同步裝置300的同步部350儲存偏置405的多個計算值。即，同步部350儲存對應2次以上的通訊順序之2個以上的偏置405。

在步驟S33中，時刻同步裝置300的同步部350進行已儲存之多個計算值的統計處理。同步部350因應該統計處理的結果，調整從屬時鐘301的時刻。具體而言，同步部350將已儲存之多個計算值的平均用來作為統計處理的結果，調整從屬時鐘301的時刻。藉此，使主時鐘201的時刻與從屬時鐘301的時刻同步。

在本實施形態中，如前述所示，利用IEEE1588的原理。即，將第1資料401、第2資料402、第3資料403及 第4資料404作為同步訊框進行傳送/接收。具體而言，將第1資料401作為Sync(同步)訊息進行傳送/接收，第2資料402作為Follow-Up(追蹤)訊息進行傳送/接收，第3資料403作為Delay_Req(延遲請求)訊息進行傳送/接收，第4資料404作為Delay_Resp(延遲回應)訊息進行傳送/接收。

若是假設主裝置200與時刻同步裝置300間之單向延遲為往返延遲的一半，將根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻與根據補正部340補正之第1資料401接收時刻的總合減去藉由第3資料403通知之主裝置200記錄之第1資料401傳送時刻與主裝置200補正之第1資料401傳送時刻的總合之值、和藉由第4資料404通知之主裝置200記錄之第2資料402接收時刻與主裝置200補正之第2資料402接收時刻的總合減去根據記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻與根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻的總合之值的總和，以4除之的值成為單向延遲。接著，將根據記錄部330記錄之第1資料401接收時刻與根據補正部340補正之第1資料401接收時刻的總和減去主裝置200記錄之第1資料401傳送時刻與主裝置200補正之第1資料401傳送時刻的總合以2除之的值、和主裝置200記錄之第2資料402接收時刻與主裝置200補正之第2資料402接收時刻的總合減去根據記錄部330記錄之第2資料402傳送時刻與根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻的總合以2除之的值之任一方，減去單向延遲之值成為偏置405。

即，在偏置405為T_offset、根據主裝置200的記 錄部230記錄之第1資料401傳送時刻為T_m1、T_m1的補正值為T_m1’、根據時刻同步裝置300的記錄部330記錄之第1資料401的接收時刻為T_s1、T_s1的補正值為T_s1’、根據時刻同步裝置300的記錄部330記錄之第2資料402的傳送時刻為T_s2、T_s2的補正值為T_s2’、主裝置200的記錄部230記錄之第2資料402接收時刻為T_m2、T_m2的補正值為T_m2’時T_offset=((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’))/2-(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’))+((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4=(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’)-((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4，或是T_offset=((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’))/2-(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’))+((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4=(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’)-((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4。在步驟S31中，可以使用這樣的計算式可以求出偏置405。

又，將根據補正部340補正之第1資料401接收時刻減去藉由第3資料403通知之第1資料401傳送時刻之值、和藉由第4資料404通知之第2資料402接收時刻減去根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻之值的總合以2除之的值視為單向延遲亦可。在該情況下，從根據補正部340補正之第1資料401接收時刻減去藉由第3資料403通知之第1資料401傳送時刻之值、與藉由第4資料404通知之第2資料402接收時刻減去根據補正部340補正之第2資料402傳送時刻之值的任一方減去單向延遲之值成為偏置405。

即，在步驟S31中，使用 T_offset=(T_s1’-T_m1’)-((T_s1’-T_m1’)+(T_m2’-T_s2’))/2=((T_s1’-T_m1’)-(T_m2’-T_s2’))/2、或是T_offset=(T_m2’-T_s2’)-((T_s1’-T_m1’)+(T_m2’-T_s2’))/2=-((T_s1’-T_m1’)+(T_m2’-T_s2’))/2之計算式求出偏置405亦可。

參照圖6，說明主裝置200及時刻同步裝置300的安裝例。

時刻同步裝置300的接收部310及傳送部320之機能被安裝在PHY302及MAC303(Media‧Access‧Control；媒體存取控制器)。PHY302及MAC303是內藏在時刻同步裝置300之硬體。具體而言，PHY302為進行OSI參考模型的物理層處理之晶片，MAC303為進行OSI參考模型的資料鏈結層處理之晶片。又，PHY302及MAC303統合在相同的晶片亦可。

同樣，主裝置200的傳送部210及接收部220之機能也是被安裝在PHY202及MAC203。PHY202為進行物理層處理之晶片，MAC203為進行資料鏈結層處理之晶片。

時刻同步裝置300的記錄部330之機能被安裝在MAC驅動器304。MAC驅動器304為搭載在時刻同步裝置300之軟體。具體而言，MAC驅動器304為了控制及操作MAC303，藉由OS305予以利用之中間軟體。MAC驅動器304具有使用從屬時鐘301產生時間戳記之軟體時間戳記機能。

同樣，主裝置200的記錄部230之機能也被安裝在MAC驅動器204。MAC驅動器204為了控制及操作MAC203，藉由OS205予以利用之中間軟體。MAC驅動器204具有使用主時鐘201產生時間戳記之軟體時間戳記機能。

時刻同步裝置300的補正部340及同步部350之機能被安裝在時刻同步應用程式306。時刻同步應用程式306為搭載在時刻同步裝置300之軟體。具體而言，時刻同步應用程式306為與其他應用程式307一起在OS305上動作之應用程式。時刻同步應用程式306管理用以補正根據MAC驅動器304產生之時間戳記的波動之補正表308。

同樣，主裝置200的補正部240之機能被安裝在時刻同步應用程式206。時刻同步應用程式206為與其他應用程式207一起在OS205上動作之應用程式。時刻同步應用程式206管理補正根據MAC驅動器204產生之時間戳記的波動所用之補正表208。

傳送時刻之主裝置200、及使時刻同步之時刻同步裝置300的OS對於時刻同步具有相同的階層構造。該階層構造為：對應OS205、305及時刻同步應用程式206、306之應用程式層；對應MCA驅動器204、304及MAC203、303之資料鏈結層；及對應PHY202、302之物理層的3層構造。如此一來，在有關本實施形態之時刻同步協定中，從應用程式層不透過OSI參考模型的傳送層及網路層，直接存取資料鏈結層。

參照圖7，說明圖6所例示之主裝置200及時刻同步裝置300的動作。

在主裝置200將Sync訊息作為同步訊框進行傳送之步驟S41中，時刻同步應用程式206產生Sync訊息的同步訊框。時刻同步應用程式206在該同步訊框中不儲存時刻。當OS205檢測到利用時刻同步應用程式206產生同步訊框時，啟 動優先中斷，將該同步訊框比其他訊框更先輸入到MAC驅動器204。MAC驅動器204藉由在輸入同步訊框的時點產生軟體時間戳記，記錄同步訊框的傳送時刻T_m1。之後，MAC驅動器204將同步訊框輸入到MAC203。MAC203從PHY202傳送同步訊框。MAC驅動器204將已記錄的傳送時刻T_m1反饋到時刻同步應用程式206。時刻同步應用程式206將從MAC驅動器204所反饋的傳送時刻T_m1儲存在補正表208之第1行空白列中的最前列。時刻同步應用程式206產生依據正規分布的亂數，將已產生的亂數儲存在補正表208第2行的同一列。時刻同步應用程式206藉由從儲存在補正表208第1行的傳送時刻T_m1減去儲存在補正表208第2行的亂數，補正傳送時刻T_m1的波動。時刻同步應用程式206將已補正的傳送時刻T_m1’儲存在補正表208第3行的同一列。又，傳送時刻T_m1藉由在傳送時刻T_m1加上亂數等其他方法取代從傳送時刻T_m1減去亂數進行補正亦可。又，將傳送時刻T_m1、亂數、已補正的傳送時刻T_m1’儲存在補正表208的哪一行哪一列可以適當變更。

在時刻同步裝置300接收Sync訊息作為同步訊框之步驟S51中，PHY302從主裝置200接收同步訊框。PHY302將已接收的同步訊框輸入到MAC303。MAC驅動器304藉由在檢測到同步訊框輸入到MAC303的時點，產生軟體時間戳記，記錄同步訊框的接收時刻T_s1。之後，MAC驅動器304立即將已記錄的接收時刻T_s1輸入到時刻同步應用程式306。時刻同步應用程式306將從MAC驅動器304輸入的接收時刻T_s1 儲存在補正表308第1行之空白列中的最前列。時刻同步應用程式306產生依據正規分布的亂數，將已產生的亂數儲存在補正表308第2行的同一列。時刻同步應用程式306藉由從儲存在補正表308第1行的接收時刻T_s1減去儲存在補正表308第2行的亂數，補正接收時刻T_s1的波動。時刻同步應用程式306將已補正的接收時刻T_s1’儲存在補正表308第3行的同一列。又接收時刻T_s1藉由在接收時刻T_s1加上亂數等其他方法取代從接收時刻T_s1減去亂數進行補正亦可。又，將接收時刻T_s1、亂數、已補正的接收時刻T_s1’儲存在補正表308的哪一行哪一列可以適當變更。

在主裝置200將Follow-Up訊息作為同步訊框進行傳送之步驟S42中，時刻同步應用程式206產生Follow-Up訊息的同步訊框。時刻同步應用程式206在該同步訊框儲存已儲存在補正表208第1行與第3行之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m1’組合中儲存在最後列之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m1’組合，即剛才的Sync訊息之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m1’。當OS205檢測利用時刻同步應用程式206產生同步訊框時，啟動優先中斷，將該同步訊框比其他訊框更先輸入到MAC驅動器204。MAC驅動器204在同步訊框輸入的時點產生軟體時間戳記。但是，MAC驅動器204檢測到同步訊框為Follow-Up訊息，只將已產生的時間戳記在緩衝器等保持一定時間，而不會反饋到時刻同步應用程式206。之後，MAC驅動器204將同步訊框輸入到MAC203。MAC203從PHY202傳送同步訊框。

在時刻同步裝置300接收Follow-Up訊息作為同步訊框之步驟S52中，PHY302由主裝置200接收同步訊框。PHY302將已接收的同步訊框輸入到MAC303。MAC驅動器304在檢測到同步訊框輸入到MAC303的時點產生軟體時間戳記。但是，MAC驅動器304檢測到同步訊框為Follow-Up訊息，只將已產生的時間戳記在緩衝器等保持一定時間，而不會輸入到時刻同步應用程式306。之後，MAC驅動器304透過OS305將同步訊框輸入到時刻同步應用程式306。時刻同步應用程式306檢測到從MAC304輸入的同步訊框為Follow-Up訊息，擷取出儲存在同步訊框之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m1’。

在時刻同步裝置300將Delya_Req訊息作為同步訊框進行傳送之步驟S53中，時刻同步應用程式306產生Delya_Req訊息之同步訊框。時刻同步應用程式306在該同步訊框中不儲存時刻。當OS305檢測到藉由時刻同步應用程式306產生同步訊框時，啟動優先中斷，將該同步訊框比其他訊框更先輸入到MAC驅動器304。MAC驅動器304藉由在同步訊框輸入的時點產生軟體時間戳記，記錄同步訊框的傳送時刻T_s2。之後，MAC驅動器304將同步訊框輸入到MAC303。MAC303從PHY302傳送同步訊框。MAC驅動器304將已記錄的傳送時刻T_s2反饋到時刻同步應用程式306。時刻同步應用程式306將從MAC驅動器304反饋的傳送時刻T_s2儲存在補正表308第4行之空白列中的最前列。時刻同步應用程式306產生依據正規分布的亂數，將已產生的亂數儲存在補正表308 第5行的同一列。時刻同步應用程式306藉由從儲存在補正表308第4行的傳送時刻T_s2減去儲存在補正表308第5行的亂數，補正傳送時刻T_s2的波動。時刻同步應用程式306將已補正的傳送時刻T_s2’儲存在補正表308第6行的同一列。又，傳送時刻T_s2藉由在傳送時刻T_s2加上亂數等其他方法取代從傳送時刻T_s2減去亂數進行補正亦可。又，將傳送時刻T_s2、亂數、已補正的傳送時刻T_s2’儲存在補正表308的哪一行哪一列可以適當變更。

在主裝置200接收Delya_Req訊息作為同步訊框之步驟S43中，PHY202從時刻同步裝置300接收同步訊框。PHY202將已接收的同步訊框輸入到MAC203。MAC驅動器204藉由在檢測到同步訊框輸入到MAC203的時點產生軟體時間戳記，記錄同步訊框的接收時刻T-m2。之後，MAC驅動器204將已記錄的接收時刻T-m2立即輸入到時刻同步應用程式206。時刻同步應用程式206將從MAC驅動器204輸入的接收時刻T-m2儲存在補正表208第4行之空白列中的最前列。時刻同步應用程式206產生依據正規分布的亂數，將已產生的亂數儲存在補正表208第5行之同一列。時刻同步應用程式206藉由從儲存在補正表208第4行的接收時刻T-m2減去儲存在補正表208第5行的亂數，補正接收時刻T-m2的波動。時刻同步應用程式206將已補正的接收時刻T-m2’儲存在補正表208第6行的同一列。又接收時刻T-m2藉由在接收時刻T-m2加上亂數等其他方法取代從接收時刻T-m2減去亂數進行補正亦可。又，將接收時刻T-m2、亂數、已補正的接收時刻T-m2’ 儲存在補正表208的哪一行哪一列可以適當變更。

在主裝置200將Delay_Resp訊息作為同步訊框進行傳送之步驟S44中，時刻同步應用程式206產生Delay_Resp訊息的同步訊框。時刻同步應用程式206在該同步訊框儲存已儲存在補正表208第4行與第6行之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m2’組合中儲存在最後列之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m2’組合，即剛才的Delya_Req訊息之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m2’。OS205當檢測到利用時刻同步應用程式206產生同步訊框時，啟動優先中斷，將該同步訊框比其他訊框更先輸入到MAC驅動器204。MAC驅動器204在同步訊框輸入的時點產生軟體時間戳記。但是，MAC驅動器204檢測到同步訊框為Delay_Resp訊息，只將已產生的時間戳記在緩衝器等保持一定時間，而不會反饋到時刻同步應用程式206。之後，MAC驅動器204將同步訊框輸入到MAC203。MAC203從PHY202傳送同步訊框。

在時刻同步裝置300接收Delay_Resp訊息作為同步訊框之步驟S54中，PHY302從主裝置200接收同步訊框。PHY302將已接收的同步訊框輸入到MAC303。MAC驅動器304在檢測到同步訊框輸入到MAC303的時點產生軟體時間戳記。但是，MAC驅動器304檢測到同步訊框為Delay_Resp訊息，只將已產生的時間戳記在緩衝器等保持一定時間，而不會輸入到時刻同步應用程式306。之後，MAC驅動器304透過OS305將同步訊框輸入到時刻同步應用程式306。時刻同步應用程式306檢測到從MAC304輸入的同步訊框為Delay_Resp 訊息，擷取出儲存在同步訊框之補正前與已補正的傳送時刻T_m1,T_m2’。

在步驟S54之後，時刻同步應用程式306使用：藉由步驟S51儲存在補正表308第1行及第3行之補正前及已補正的傳送時刻T_s1,T_s1’；藉由步驟S52擷取出之補正前及已補正的傳送時刻T_m1,T_m1’；藉由步驟S53儲存在補正表308第4行及第6行之補正前及已補正的接收時刻T_s2,T_s2’；及藉由步驟S54擷取出之補正前及已補正的接收時刻T_m2,T_m2’，計算出偏置405。就計算式而言，如前述所示，雖然可以使用T_offset=(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’))-((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4、或是T_offset=-(((T_s1+T_s1’)-(T_m1+T_m1’))-((T_m2+T_m2’)-(T_s2+T_s2’)))/4，但是使用其他計算式亦可。

之後，反覆執行步驟S41到步驟S44的順序與步驟S51到步驟S54的順序。

***效果說明***

在本實施形態中，由於補正使用軟體時鐘記錄的時刻，可以提升根據軟體基底安裝之時刻同步方式的時刻同步精確度。

實施形態2.

針對本實施形態，主要說明與實施形態1的差異。

參照圖8，說明有關本實施形態之時刻同步系統100的構成例。

在本例中，採用與圖1的例示相同之樹狀型網路 架構。

在實施形態1中，對於所有子網路內部的時刻同步都可以適用第2時刻同步方式102，但是在本實施形態中，對於一部份子網路內部的時刻同步適用第1時刻同步方式101。

因此，與GM110連接之PLC120之中，一部份的PLC120也是第1時刻同步方式101中之時刻傳送側的終端，相當於主裝置200及時刻同步裝置300兩者。又，與該一部份PLC120連接之現場裝置130為第1時刻同步方式101中之時刻接收側的終端，相當於時刻同步裝置300。

對於有關本實施形態之主裝置200及時刻同步裝置300的構成與動作，與實施形態1相同。

實施形態3.

針對本實施形態，主要說明與實施形態1的差異。

參照圖9，說明有關本實施形態之時刻同步系統100的構成例。

在本例中，有部份採用線狀型的網路架構。在GM110串聯連接3台的PLC120。在此等3台的PLC120下位中，至少連接1台PLC120或是至少連接2台現場裝置130，構成樹狀型子網路。

GM110和與GM110串聯連接之PLC120間的時刻同步為適合第1時刻同步方式101。與GM110串聯連接之PLC120之間的時刻同步也是適用第1時刻同步方式101。

因此，在與GM110串聯連接之PLC120之中，中 間的2台PLC120也是第1時刻同步方式101中之時刻傳送側的終端，相當於主裝置200及時刻同步裝置300兩者。如此一來，本實施形態構成為將主機能分散在GM110與2台PLC120的形態。

又，在與GM110串聯連接之PLC120之中，中間的2台PLC120不成為第1時刻同步方式101中之時刻傳送側的終端，而只是單純在GM110與其他PLC120間轉送同步訊框亦可。在該情況下，中間的2台PLC120只相當於時刻同步裝置300。如此一來，本實施形態可以將主機能變更為集中在GM110的形態。

對於有關本實施形態之主裝置200與時刻同步裝置300的構成及動作，與實施形態1相同。

以下，參照圖10，說明有關本發明之實施形態之時刻同步裝置300的硬體構成例。

時刻同步裝置300為電腦。時刻同步裝置300為包括：所謂處理器901、輔助記憶裝置902、記憶體903、通訊裝置904、輸入介面905、顯示器介面之硬體。處理器901透過訊號線910與其他硬體連接，控制此等其他硬體。輸入介面905與輸入裝置907連接。顯示器介面906與顯示器908連接。

處理器901為進行處理的IC(Integrated‧Circuit；積體電路)。處理器901例如是CPU(Central‧Processing‧Unit；中央處理單元)、DSP(Digital‧Signal‧Processor；數位訊號處理器)、或是GPU(Graphics‧Processing‧Unit；圖形處理器)。

輔助記憶裝置902為ROM(Read‧Only‧Memory； 唯讀記憶體)、快閃記憶體、或是HDD(Hard‧Disk‧Drive；硬碟驅動器)等記錄媒體。

記憶體903例如是RAM(Random‧Access‧Memory；隨機存取記憶體)。

通訊裝置904包含接收資料之接收器921及傳送資料之傳送器922。通訊裝置904例如是通訊晶片或NIC(Network‧Interface‧Card；網路介面卡)。

輸入介面905為與輸入裝置907的電線911連接之埠口。輸入介面905例如是USB(Universal‧Serial‧Bus；萬用串列匯流排)端子。

顯示器介面906為與顯示器908的電線912連接之埠口。顯示器介面906例如是USB端子或HDMI(商標登錄)(High‧Definition‧Multimedia‧Interface；高清晰多媒體介面)端子。

輸入裝置907例如是滑鼠、觸碰筆、鍵盤、或是觸碰面板。

顯示器908例如是LCD(Liquid‧Crystal‧Display；液晶顯示器)。

在輔助記憶裝置902中，記憶有實現接收部310、傳送部320、記錄部330、補正部340、同步部350之所謂「部」的機能之程式。該程式裝載在記憶體903，讀入到處理器901，並且利用處理器901予以執行。在輔助記憶裝置902中，也記憶有OS。OS的至少一部分被裝載在記憶體903，處理器901一邊執行OS，一邊執行實現「部」的機能之程式。

在圖10中，雖然顯示了1個處理器901，但是時刻同步裝置300包括多個處理器901亦可。再者，多個處理器901合作執行實現「部」的機能之程式亦可。

顯示「部」的處理結果之資訊、資料、訊號值、或變數值記憶在輔助記憶裝置902、記憶體903、或是處理器901內的電阻器或快取記憶體。

利用「電路系統」提供「部」亦可。又，也可以將「部」取代為「電路」、「步驟」、「順序」或「處理」。「電路」及「電路系統」不只是包含處理器901，也包含邏輯IC、GA(Gate‧Array；閘陣列)、ASIC(Application‧Specific‧Integrated‧Circuit；特殊應用積體電路)、FPGA(Field-Programmable‧Gate‧Array；場式可程式閘陣列)之所謂其他種類的處理電路之概念。

又，圖10所示之硬體構成也可以適用於有關本實施形態之主裝置200。

以上，雖然針對本發明的實施形態進行說明，但是將此等實施形態中，組合幾個予以實施亦可。或是，將此等實施形態中，部份性實施任1個或幾個亦可。例如，在此等實施形態的說明中以「部」作為說明者之中，只採用任一個亦可、採用幾個的任意組合亦可。又，本發明並不限於此等實施形態，因應必要可以進行各種變更。

100‧‧‧時刻同步系統

101‧‧‧第1時刻同步方式

102‧‧‧第2時刻同步方式

110‧‧‧GM(總主裝置)

120‧‧‧PLC(可程式邏輯控制器)

130‧‧‧現場裝置

Claims (11)

1. 一種時刻同步裝置，包括：接收部，從具有主時鐘之主裝置接收第1資料；傳送部，在根據前述接收部接收前述第1資料後，將第2資料傳送到前述主裝置；記錄部，使用軟體時鐘之從屬時鐘，記錄前述接收部的前述第1資料接收時刻及前述傳送部的前述第2資料傳送時刻；補正部，補正根據前述記錄部記錄的前述第1資料接收時刻及前述第2資料傳送時刻；及同步部，至少從前述主裝置通知之前述主裝置的前述第1資料傳送時刻、根據前述補正部補正的前述第1資料接收時刻、根據前述補正部補正的第2資料傳送時刻、及從前述主裝置通知之前述主裝置的前述第2資料接收時刻，計算出前述主時鐘與前述從屬時鐘之時刻偏差的偏置。
2. 如申請專利範圍第1項之時刻同步裝置，其中，前述接收部從前述主裝置反覆接收前述第1資料，前述記錄部在每次根據前述接收部接收前述第1資料時，記錄前述接收部的前述第1資料接收時刻，前述補正部在每次根據前述記錄部記錄前述第1資料接收時刻時產生亂數，使用已產生的亂數，計算出根據前述記錄部記錄前述第1資料接收時刻之補正值，前述同步部在計算前述偏置時，將根據前述補正部計算的前述第1資料接收時刻之補正值用來作為前述第1資料接 收時刻。
3. 如申請專利範圍第2項之時刻同步裝置，其中，前述傳送部在每次根據前述接收部接收前述第1資料時，傳送第2資料到前述主裝置，前述記錄部在每次根據前述傳送部傳送前述第2資料時，記錄前述傳送部的前述第2資料傳送時刻，前述補正部在每次根據前述記錄部記錄前述第2資料傳送時刻時產生亂數，使用已產生的亂數，計算出根據前述記錄部記錄前述第2資料傳送時刻之補正值，前述同步部在計算前述偏置時，將根據前述補正部計算的前述第2資料傳送時刻之補正值用來作為前述第2資料傳送時刻。
4. 如申請專利範圍第2項之時刻同步裝置，其中，前述同步部在每次根據前述接收部接收前述第1資料時計算出前述偏置，儲存前述偏置的多個計算值，進行已儲存之多個計算值的統計處理，因應前述統計處理的結果，調整前述從屬時鐘的時刻。
5. 如申請專利範圍第4項之時刻同步裝置，其中，前述同步部將已儲存的多個計算值之平均用來作為前述統計處理的結果，調整前述從屬時鐘的時刻。
6. 如申請專利範圍第1項之時刻同步裝置，其中，前述接收部從前述主裝置接收用以通知前述主裝置的前述第1資料傳送時刻之第3資料、及用以通知前述主裝置的前述第2資料接收時刻之第4資料， 前述同步部在計算前述偏置時，參照根據前述接收部接收的前述第3資料及前述第4資料。
7. 如申請專利範圍第1項之時刻同步裝置，其中，前述同步部從前述主裝置記錄的前述第1資料傳送時刻、前述主裝置補正的前述第1資料傳送時刻、根據前述記錄部記錄的前述第1資料接收時刻、根據前述補正部補正的第1資料接收時刻、根據前述記錄部記錄的前述第2資料傳送時刻、根據前述補正部補正的第2資料傳送時刻、前述主裝置記錄的前述第2資料接收時刻、及前述主裝置補正的前述第2資料接收時刻，計算出前述偏置。
8. 如申請專利範圍第7項之時刻同步裝置，其中，前述同步部從前述主裝置記錄的前述第1資料傳送時刻與前述主裝置補正的前述第1資料傳送時刻總合、和根據前述記錄部記錄的前述第1資料接收時刻與根據前述補正部補正的前述第1資料接收時刻總合之差；以及根據前述記錄部記錄的前述第2資料傳送時刻與根據前述補正部補正的前述第2資料傳送時刻總合、和前述主裝置記錄的前述第2資料接收時刻與前述主裝置補正的前述第2資料接收時刻總合之差，計算出前述偏置。
9. 一種時刻同步系統，包括：時刻同步裝置，如申請專利範圍第1至8項任一項所述者；及主裝置，使用軟體時鐘之主時鐘，記錄前述第1資料傳送時刻及前述第2資料接收時刻，補正已記錄的前述第1資 料傳送時刻及前述第2資料接收時刻，至少將已補正的前述第1資料傳送時刻及前述第2資料接收時刻通知到前述時刻同步裝置。
10. 如申請專利範圍第9項之時刻同步系統，其中，前述主裝置進一步將已記錄的前述第1資料傳送時刻及前述第2資料接收時刻通知到前述時刻同步裝置。
11. 一種時刻同步方法，具有主時鐘的主裝置傳送第1資料，具有軟體時鐘之從屬時鐘的時刻同步裝置接收前述第1資料，前述時刻同步裝置在接收前述第1資料後，傳送第2資料，前述主裝置接收前述第2資料，前述主裝置通知前述第1資料傳送時刻及前述第2資料接收時刻，前述時刻同步裝置使用前述從屬時鐘，記錄前述第1資料接收時刻及前述第2資料傳送時刻，補正已記錄的前述第1資料接收時刻及前述第2資料傳送時刻，至少從前述主裝置通知的前述第1資料傳送時刻、已補正的前述第1資料接收時刻、已補正的前述第2資料傳送時刻、及前述主裝置通知的前述第2資料接收時刻，計算出前述主時鐘與前述從屬時鐘的時刻偏差之偏置。