TWI540873B - Communication devices and communication methods and program products - Google Patents
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Description
本發明係關於時刻同步。
例如,在工廠的生產線上,為了使複數個節點(node)裝置聯結動作,各節點裝置必須具有規定動作時序(timing)的共通時刻。
節點裝置間係藉由網路(network)連接,而透過該網路使各節點裝置具有共通時刻的架構稱之為時刻同步。
節點裝置間的時刻同步係在具有基準時刻的節點裝置(以下稱為主(master)裝置)、及用以使內部時刻與基準時刻一致的節點裝置(以下稱為副(slave)裝置)之間實施。
通常,時刻同步係以下列順序進行。
(1)主裝置係算出至各副裝置為止的傳播延遲(計算值),且通知各副裝置。
(2)主裝置將儲存有傳送時刻的同步訊框(frame)傳送給副裝置。
(3)副裝置係將同步訊框的接收時刻設定為同步時刻{傳送時刻+傳播延遲(計算值)}。
然而,由於從上述之(2)至(3)之間的傳播延遲(實測值)參差不齊,因此在(1)所算出的傳播延遲(計
算值)、與傳播延遲(實測值)之間產生偏差,而該偏差即成為同步誤差。
在習知的時刻同步中,係由副裝置根據隨機過程測量傳播延遲(實測值)的變遷,且推算傳播延遲(實測值),藉此而抑制同步誤差(例如專利文獻1)。
專利文獻1:日本特開2013-121114號公報
然而,習知的時刻同步,必須要由副裝置保持隨機過程,而有處理變得複雜的問題。
本發明主要目的在解決上述的問題,且主要目的為藉由簡潔的處理來抑制同步誤差。
本發明之通訊裝置之特徵為具有:同步訊框接收部,用以接收自管理裝置重複傳送之記述有與前述管理裝置之時刻同步用之基準值的同步訊框;傳播延遲算出部,每逢經由前述同步訊框接收部接收同步訊框,就算出所接收之同步訊框的傳播延遲;傳播延遲時間帶算出部,每逢經由前述傳播延遲算出部算出傳播延遲,就在所算出的傳播延遲上加計同步精確度的目標值而算出傳播延遲時間帶;邏輯和運算部,進行對於較經由前述同步訊框接收部所接
收之最新同步訊框領先的M(M≧2)個的同步訊框所算出之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算;及時刻同步決定部,根據前述最新同步訊框的傳播延遲、及前述M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果,決定是否要將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
在本發明中,係根據最新同步訊框傳播延遲時間帶、及領先的M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果,來決定是否要將記述於最新同步訊框的基準值使用在時刻同步。
藉此,即可僅以沒有偏差之傳播延遲的同步訊框來實施同步,而可藉由簡潔的處理來抑制同步誤差。
1‧‧‧主裝置
2‧‧‧副裝置
11‧‧‧基準計數器
12‧‧‧通訊周期基準計數器值記憶部
13‧‧‧同步訊框傳送部
201‧‧‧同步計數器
202‧‧‧測量計數器
203‧‧‧通訊周期測量計數器值記憶部
204‧‧‧傳播延遲算出部
205‧‧‧目標同步精確度記憶部
206‧‧‧傳播延遲時間帶算出部
207‧‧‧傳播延遲時間帶記憶部
2071‧‧‧傳播延遲時間帶1記憶部
2072‧‧‧傳播延遲時間帶2記憶部
2073‧‧‧傳播延遲時間帶3記憶部
2074‧‧‧傳播延遲時間帶(M-1)記憶部
2075‧‧‧傳播延遲時間帶M記憶部
208‧‧‧傳播延遲群算出部
209‧‧‧可同步之傳播延遲群記憶部
210‧‧‧可同步之傳播延遲群算出部
211‧‧‧同步判定部
212‧‧‧平均傳播延遲記憶部
213‧‧‧同步計數器修正部
214‧‧‧同步訊框接收部
901‧‧‧運算裝置
902‧‧‧外部記憶裝置
903‧‧‧主記憶裝置
904‧‧‧通訊裝置
905‧‧‧輸出入裝置
N‧‧‧通訊次數
X‧‧‧目標同步精確度
第1圖係顯示實施形態1之主裝置之構成例的圖。
第2圖係顯示實施形態1之副裝置之構成例的圖。
第3圖係顯示實施形態1之副裝置之動作例的流程圖。
第4圖係顯示實施形態1之主裝置及副裝置之硬體構成例的圖。
(實施形態1)
例如,在工廠的生產線上,為了確保實時(realtime)性,係調整了每一節點裝置的通訊時序,以使通訊時序不會在節點
裝置間重複。
因此,傳播延遲(實測值)之參差不齊的分布,係由於在中繼台及纜線(cable)所產生之延遲之參差不齊的分布,而近似於正規分布。
因此,從傳播延遲(實測值)之參差不齊的分布,可預測出至少產生1次滿足目標同步精確度之通訊所需的通訊次數(M(M≧2)次)。
在本實施形態中,當最新同步訊框的傳播延遲包含在過去M個同步訊框的(傳播延遲±目標同步精確度X)中時,抽出最新同步訊框作為同步精確度高的同步訊框,並使用最新同步訊框來實施時刻同步,藉此而簡單實現高精確度的時刻同步。
第1圖係顯示本實施形態之主裝置的構成例,第2圖係顯示本實施形態之副裝置的構成例。
在第1圖及第2圖中,主裝置1係為具有基準時刻的節點裝置,而副裝置2則為根據來自主裝置1的通訊訊框而產生基準時刻與誤差少的時刻的節點裝置。
在1個網路上可存在複數台副裝置2,再者,於主裝置1與副裝置2之間,亦可有1台以上的中繼台。
主裝置1係相當於管理裝置之例,而副裝置2則相當於通訊裝置之例。
在主裝置1中,基準計數器(counter)11係用以計數基準時刻。
通訊周期基準計數器值記憶部12係記憶在基準計數器11之值時的同步訊框的通訊周期(以下稱為主裝置通訊
周期)。
同步訊框傳送部13係在基準計數器11的值成為通訊周期基準計數器值記憶部12所記憶之主裝置通訊周期的N倍(N係自然數)時,傳送記述有基準計數器11之值與通訊次數N的同步訊框。
記述於同步訊框之基準計數器11的值係相當於基準值之例。
在副裝置2中,同步訊框接收部214係接收自主裝置1所傳送的同步訊框。
同步訊框接收部214係將所接收的同步訊框,輸出至後述的傳播延遲算出部204與同步計數器修正部213。
同步計數器201係用以計數副裝置2的時刻。
測量計數器202係用以測量在副裝置2的通訊時序。
通訊周期測量計數器值記憶部203係用以記憶在測量計數器202之值時之同步訊框的通訊周期(以下稱為副裝置通訊周期)。
傳播延遲算出部204係當同步訊框接收部214接收同步訊框時,即從接收時之測量計數器202的值,算出扣除掉由通訊周期測量計數器值記憶部203所記憶之副裝置通訊周期與儲存於同步訊框內之通訊次數N相乘之值後之包含主裝置1與副裝置2之間之偏移(offset)的傳播延遲。
以下將傳播延遲算出部204所算出的傳播延遲稱為偏移傳播延遲。
偏移傳播延遲係相當於在傳播延遲時間再加上基準計數器11為0時之測量計數器202之值的值。
目標同步精確度記憶部205係用以記憶基準計數器11與同步計數器201的目標同步精確度X。
目標同步精確度X係在主裝置1之時刻與副裝置2之時刻之間所容許的誤差。
如後所述,目標同步精確度X係加計在偏移傳播延遲上(偏移傳播延遲±目標同步精確度X)。
傳播延遲時間帶算出部206係算出將目標同步精確度記憶部205所記憶的目標同步精確度X反映於在傳播延遲算出部204所算出的偏移傳播延遲的傳播延遲時間帶(從(偏移傳播延遲-目標同步精確度X)至(偏移傳播延遲+目標同步精確度X)為止的時間帶),且記憶所算出的傳播延遲時間帶。
此外,傳播延遲時間帶算出部206係每逢在傳播延遲算出部204算出偏移傳播延遲,就輸出前次所算出的傳播延遲時間帶。
傳播延遲時間帶1記憶部2071係用以記憶副裝置2所接收之最新同步訊框之前1個同步訊框的傳播延遲時間帶。
傳播延遲時間帶2記憶部2072係用以記憶副裝置2所接收之最新同步訊框之前2個同步訊框的傳播延遲時間帶。
傳播延遲時間帶3記憶部2073係用以記憶副裝置2所接收之最新同步訊框之前3個同步訊框的傳播延遲時間帶。
傳播延遲時間帶(M-1)記憶部2074係用以記憶副裝置2所接收之最新同步訊框之前(M-1)個同步訊框的傳播延遲時間帶。
傳播延遲時間帶M記憶部2075係用以記憶副裝置2所接收之最新同步訊框之前M個同步訊框的傳播延遲時間帶。
以下如無必要區別傳播延遲時間帶1記憶部2071、傳播延遲時間帶2記憶部2072、傳播延遲時間帶3記憶部2073、傳播延遲時間帶(M-1)記憶部2074、傳播延遲時間帶M記憶部2075時,則將該等統稱為傳播延遲時間帶記憶部207(未顯示)。
傳播延遲群算出部208係進行在M個傳播延遲時間帶記憶部207(未顯示)所記憶之傳播延遲時間帶的邏輯和運算,且輸出屬於邏輯和運算後之傳播延遲時間帶的傳播延遲群。
傳播延遲群算出部208係相當於邏輯和運算部之例。
可同步之傳播延遲群記憶部209係用以記憶在後述之可同步之傳播延遲群算出部210所算出的可同步之傳播延遲群。
可同步之傳播延遲群記憶部209係每逢在可同步之傳播延遲群算出部210算出可同步之傳播延遲群,就以重新算出的可同步之傳播延遲群更新。
可同步之傳播延遲群記憶部209係相當於邏輯積運算結果記憶部之例。
可同步之傳播延遲群算出部210係進行在傳播延遲群算出部208所算出之傳播延遲群與在可同步之傳播延遲群記憶部209所記憶之可同步之傳播延遲群的邏輯積運算,且算
出接收最新同步訊框時之可同步之傳播延遲群。
在接收最新同步訊框時,於可同步之傳播延遲群記憶部209中,係記憶有在接收最新同步訊框之前1個同步訊框時經由可同步之傳播延遲群算出部210所算出的可同步之傳播延遲群。
如此,可同步之傳播延遲群算出部210係進行接收前1個同步訊框時之可同步之傳播延遲群、與在傳播延遲群算出部208所算出之傳播延遲群的邏輯積運算,且算出接收最新同步訊框時之可同步之傳播延遲群。
再者,可同步之傳播延遲群算出部210係將所算出的可同步之傳播延遲群儲存於可同步之傳播延遲群記憶部209。
可同步之傳播延遲群算出部210係相當於邏輯積運算部之例。
同步判定部211係判斷接收最新同步訊框時之偏移傳播延遲是否包含於在可同步之傳播延遲群算出部210所算出之可同步之傳播延遲群中,而於接收最新同步訊框時之偏移傳播延遲包含於可同步之傳播延遲群中時,即輸出可同步之訊號。
同步判定部211係與後述之同步計數器修正部213同為相當於時刻同步決定部之例。
平均傳播延遲記憶部212係用以記憶主裝置1與副裝置2之間之傳播延遲的平均值(以下稱為平均傳播延遲)。
同步計數器修正部213係先記憶儲存於同步訊框之基準計數器11的值,且在經由同步判定部211輸入可同步
之訊號時,將基準計數器11之值再加上在平均傳播延遲記憶部212所記憶之平均傳播延遲的值寫入於同步計數器201。
換言之,同步計數器修正部213係當經由同步判定部211輸入可同步之訊號時,決定將最新同步訊框之基準計數器11的值使用在與主裝置1的時刻同步。
同步計數器修正部213係與前述的同步判定部211同為相當於時刻同步決定部之例。
接著說明動作。
首先,在主裝置1中,係同步訊框傳送部13在基準計數器11的值成為通訊周期基準計數器值記憶部12所記憶之主裝置通訊周期的N倍(N係自然數)時,將儲存有基準計數器之值與通訊次數N的同步訊框傳送至副裝置2。
如此,主裝置1係每逢基準計數器11的值成為主裝置通訊周期的N倍,就將同步訊框傳送至副裝置2。
接著使用第3圖的流程圖來說明副裝置2的動作。
在副裝置2中,係當同步訊框接收部214接收同步訊框時(S301),傳播延遲算出部204即從接收時之測量計數器202的值,算出扣除掉由通訊周期測量計數器值記憶部203所記憶之副裝置通訊周期與儲存於同步訊框內之通訊次數N相乘之值後的偏移傳播延遲(S302)。
此外,同時,同步計數器修正部213係記憶儲存於同步訊框之基準計數器的值(S303)。
當傳播延遲算出部204算出偏移傳播延遲時,傳播延遲時間帶算出部206輸出前次所算出的傳播延遲時間帶,
且算出偏移傳播延遲加上目標同步精確度記憶部205所記憶的±目標同步精確度X的傳播延遲時間帶(從(偏移傳播延遲-目標同步精確度X)至(偏移傳播延遲+目標同步精確度X)為止的時間帶)(S304),且記憶所算出的傳播延遲時間帶。
當傳播延遲時間帶算出部206輸出前次的傳播延遲時間帶時,M個傳播延遲時間帶記憶部207(未顯示)即更新傳播延遲時間帶(S305)。
具體而言,傳播延遲時間帶1記憶部2071係重新記憶自傳播延遲時間帶算出部206所輸出之前次的傳播延遲時間帶,且將自以前起記憶的傳播延遲時間帶輸出至傳播延遲時間帶2記憶部2072。
當傳播延遲時間帶1記憶部2071輸出傳播延遲時間帶時,傳播延遲時間帶2記憶部2072即重新記憶自傳播延遲時間帶1記憶部2071所輸出的傳播延遲時間帶,且將自以前起記憶的傳播延遲時間帶輸出至傳播延遲時間帶3記憶部2073。
該動作重複至傳播延遲時間帶(M-1)記憶部2074為止。
當傳播延遲時間帶(M-1)記憶部2074輸出傳播延遲時間帶時,傳播延遲時間帶M記憶部2075即重新記憶自傳播延遲時間帶(M-1)記憶部2074所輸出的傳播延遲時間帶。
當傳播延遲時間帶M記憶部2075記憶新的傳播延遲時間帶時,傳播延遲群算出部208即進行在M個傳播延遲時間帶記憶部207(未顯示)所記憶之傳播延遲時間帶的OR運算,而算出傳播延遲群(S306)。
當傳播延遲群算出部208算出傳播延遲群時,可
同步之傳播延遲群算出部210即進行傳播延遲群與可同步之傳播延遲群記憶部209所記憶之可同步之傳播延遲群(接收最新同步訊框前1個所接收之同步訊框時之可同步之傳播延遲群)的AND運算,而算出接收最新同步訊框時之可同步之傳播延遲群(S307)。
當可同步之傳播延遲群算出部210算出接收最新同步訊框時之可同步之傳播延遲群時,可同步之傳播延遲群記憶部209即記憶接收最新同步訊框時的可同步之傳播延遲群。
此外,同步判定部211係判斷接收最新同步訊框時之偏移傳播延遲是否包含於在可同步之傳播延遲群算出部210所算出之可同步之傳播延遲群中(S308)。
當接收最新同步訊框時之偏移傳播延遲包含於可同步之傳播延遲群中時(在S308中為YES(是)),同步判定部211係輸出可同步之訊號(S309)。
當同步判定部211輸出可同步之訊號時,同步計數器修正部213即將在基準計數器11之值再加上在平均傳播延遲記憶部212所記憶之平均傳播延遲的值寫入於同步計數器201(S310)。
藉此,即可藉由僅以沒有偏差之傳播延遲的同步訊框實施同步而提升同步精確度。
另外,綜上所述,已說明了同步判定部211判斷最新同步訊框的偏移傳播延遲是否包含在可同步之傳播延遲群中之例。
取而代之,亦可設為同步判定部211判斷最新同步訊框之
偏移傳播延遲是否包含於在傳播延遲群算出部208所算出的傳播延遲群中。
換言之,係從第2圖之構成,省略可同步之傳播延遲群記憶部209與可同步之傳播延遲群算出部210,而設為在傳播延遲群算出部208所算出的傳播延遲群直接輸入至同步判定部211的構成。
再者,亦可設為同步判定部211判斷最新同步訊框之偏移傳播延遲是否包含於傳播延遲群中,當最新同步訊框之偏移傳播延遲包含於傳播延遲群中時,即輸出可同步之訊號。
最後,參照第4圖說明本實施形態所示之主裝置1及副裝置2之硬體構成例。
主裝置1及副裝置2係電腦,而主裝置1及副裝置2之各要素可藉由程式來實現。
以主裝置1及副裝置2的硬體構成而言,係在匯流排(bus)連接有運算裝置901、外部記憶裝置902、主記憶裝置903、通訊裝置904、及輸出入裝置905。
運算裝置901係執行程式的CPU(Central Processing Unit,中央處理單元)。
外部記憶裝置902係例如為ROM(Read Only Memory,唯讀記憶體)或快閃記憶體(Flash Memory)、硬碟(Harddisk)裝置。
主記憶裝置903係RAM(Random Access Memory,隨機存取記憶體)。
通訊裝置904係例如為NIC(Network Interface Card,網
路介面卡),與同步訊框傳送部13及同步訊框接收部214的實體層對應。
輸出入裝置905係例如為觸控面板(touch panel)式顯示器(display)裝置等。
程式通常記憶於外部記憶裝置902,且在載入於主記憶裝置903的狀態下,依序被讀入於運算裝置901且予以執行。
程式係實現第1圖所示之說明作為「~部」(除「~記憶部」外,以下均相同)之功能的程式。
再者,在外部記憶裝置902中亦記憶有操作系統(Operating System,OS),而OS的至少一部分係被載入於主記憶裝置903,運算裝置901係一面執行OS,一面執行第1圖所示之「~部」之功能的程式。
此外,在本實施形態之說明中,顯示說明作為「~之判斷」、「~之判定」、「~之決定」、「~之運算」、「~之算出」、「~之接收」等之處理結果的資訊或資料或訊號值或變數值係被作為檔案而記憶於主記憶裝置903。
另外,第4圖之構成僅為顯示主裝置1及副裝置2之硬體構成之一例者,主裝置1及副裝置2之硬體構成並不限定於第4圖所示之構成,亦可為其他構成。
此外,藉由本實施形態所示之程序,可實現本發明之通訊方法。
1‧‧‧主裝置
2‧‧‧副裝置
201‧‧‧同步計數器
202‧‧‧測量計數器
203‧‧‧通訊周期測量計數器值記憶部
204‧‧‧傳播延遲算出部
205‧‧‧目標同步精確度記憶部
206‧‧‧傳播延遲時間帶算出部
2071‧‧‧傳播延遲時間帶1記憶部
2072‧‧‧傳播延遲時間帶2記憶部
2073‧‧‧傳播延遲時間帶3記憶部
2074‧‧‧傳播延遲時間帶(M-1)記憶部
2075‧‧‧傳播延遲時間帶M記憶部
208‧‧‧傳播延遲群算出部
209‧‧‧可同步之傳播延遲群記憶部
210‧‧‧可同步之傳播延遲群算出部
211‧‧‧同步判定部
213‧‧‧同步計數器修正部
214‧‧‧同步訊框接收部
Claims (7)
- 一種通訊裝置,其特徵在於具有:同步訊框接收部,用以接收自管理裝置重複傳送之記述有與前述管理裝置之時刻同步用之基準值的同步訊框;傳播延遲算出部,每逢經由前述同步訊框接收部接收同步訊框,就算出所接收之同步訊框的傳播延遲;傳播延遲時間帶算出部,每逢經由前述傳播延遲算出部算出傳播延遲,就在所算出的傳播延遲上加計同步精確度的目標值而算出傳播延遲時間帶;邏輯和運算部,進行對於較經由前述同步訊框接收部所接收之最新同步訊框領先的M(M≧2)個的同步訊框所算出之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算(OR運算);及時刻同步決定部,根據前述最新同步訊框的傳播延遲、及前述M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果,決定是否要將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊裝置,其中前述時刻同步決定部係判斷前述最新同步訊框的傳播延遲是否包含在前述M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果中,當前述最新同步訊框的傳播延遲包含在前述邏輯和運算結果中時,即決定將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊裝置,其中前述通訊裝置進一步具有: 邏輯積運算結果記憶部,用以記憶邏輯積運算結果;及邏輯積運算部,進行由前述邏輯和運算部所進行的邏輯和運算結果、與記憶於前述邏輯積運算結果記憶部之邏輯積運算結果的邏輯積運算(AND運算);前述邏輯積運算結果記憶部係每逢經由前述邏輯積運算部進行邏輯積運算,就記憶由前述邏輯積運算部所進行的邏輯積運算結果;前述邏輯積運算部係進行前述M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶之邏輯和運算結果、與接收前述最新同步訊框時記憶於前述邏輯積運算結果記憶部之邏輯積運算結果的邏輯積運算;前述時刻同步決定部係根據前述最新同步訊框的傳播延遲、及由前述邏輯積運算部所進行的邏輯積運算結果,決定是否要將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
- 根據申請專利範圍第3項之通訊裝置,其中前述時刻同步決定部係判斷前述最新同步訊框的傳播延遲是否包含在由前述邏輯積運算部所進行的邏輯積運算結果中,當前述最新同步訊框的傳播延遲包含在由前述邏輯積運算部所進行的邏輯積運算結果中時,即決定將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
- 根據申請專利範圍第1項之通訊裝置,其中前述邏輯和運算部係進行較前述最新同步訊框領先之最接近之M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算。
- 一種通訊方法,其特徵在於:由電腦接收自管理裝置重複傳送之記述有與前述管理裝置之時刻同步用之基準值的同步訊框;每逢同步訊框被接收,就由前述電腦算出所接收之同步訊框的傳播延遲;每逢傳播延遲被算出,就由前述電腦在所算出的傳播延遲上加計同步精確度的目標值而算出傳播延遲時間帶;由前述電腦進行對於較最新同步訊框領先的M(M≧2)個之同步訊框所算出之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算;及由前述電腦根據前述最新同步訊框的傳播延遲、及前述M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果,決定是否要將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
- 一種電腦程式產品,其特徵在於令電腦執行以下的處理:同步訊框接收處理,用以接收自管理裝置重複傳送之記述有與前述管理裝置之時刻同步用之基準值的同步訊框;傳播延遲算出處理,每逢經由前述同步訊框接收處理接收同步訊框,就算出所接收之同步訊框的傳播延遲;傳播延遲時間帶算出處理,每逢經由前述傳播延遲算出處理算出傳播延遲,就在所算出的傳播延遲上加計同步精確度的目標值而算出傳播延遲時間帶;邏輯和運算處理,進行對於較經由前述同步訊框接收處理所接收之最新同步訊框領先的M(M≧2)個同步訊框所算 出之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算;及時刻同步決定處理,根據前述最新同步訊框的傳播延遲、及前述M個同步訊框之M個傳播延遲時間帶的邏輯和運算結果,決定是否要將記述於前述最新同步訊框的基準值使用在與前述管理裝置的時刻同步。
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