WO2019176660A1 - 時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラム - Google Patents

時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラム Download PDF

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WO2019176660A1
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time synchronization
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gps
variation
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孝昭 久島
大樹 佐久間
薫 新井
隆太 杉山
俊一 坪井
黒川　修
松村　和之
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日本電信電話株式会社
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    • G01S19/25—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS
    • G01S19/256—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving aiding data received from a cooperating element, e.g. assisted GPS relating to timing, e.g. time of week, code phase, timing offset

Definitions

  • the present invention relates to a time synchronization system, a management device, a time synchronization method, and a program.
  • PTP Precision Timing Protocol IEEE 1588: High Precision Time Protocol
  • a method of receiving time synchronization as a reference from a GPS (Global Positioning System) satellite is generally known.
  • the GPS receiver needs to capture signals from at least four GPS satellites (positioning satellites).
  • UTC synchronization time can be obtained if signals from at least one GPS satellite can be captured on the assumption that the exact position (latitude / longitude / altitude) of the GPS receiver is known.
  • the signal from the GPS satellite is weak, and since the signal (C / A code) used for consumer use is transmitted in an unencrypted state, it is susceptible to electromagnetic noise and jamming radio waves, but is inexpensive. A significant advantage is that a highly accurate time can be obtained with a GPS receiver (see Non-Patent Document 1).
  • the time synchronization method using a signal from a GPS satellite has the following security risk because a signal (C / A code) used for consumer use is transmitted in an unencrypted state. That is, the time information can be intentionally disturbed by an attacker who artificially generates a GPS signal and synchronizes with the generated signal (jamming).
  • the time synchronizer 10 includes a grandmaster clock device (hereinafter referred to as GM) 11 that provides a reference time.
  • the time synchronizer 10 receives the radio wave from the GPS satellite 1 via the antenna 10a, and inputs highly accurate time information to the GM 11.
  • the GM 11 uses the highly accurate time of the GPS satellite 1 as a time source, and always synchronizes with the highly accurate time of the GPS satellite 1.
  • the GM 11 not only obtains a highly accurate reference time but also does not require periodic time calibration.
  • the GM 11 must maintain a highly accurate reference time even when the GPS signal is interrupted for some reason (for example, an antenna failure due to an interference wave or a lightning strike) (time hold state).
  • an attacker may generate a GPS signal in a pseudo manner and synchronize with the generated signal (jamming).
  • the time synchronizer 10 receives the jamming signal
  • the GM 11 may use the time of the jamming signal as a time source and synchronize with an incorrect time.
  • Non-Patent Document 2 As a countermeasure against the disturbance of time information due to the jamming signal shown in FIG. 7B, there is a technique of installing a GPS-FW (Firewall) (see Non-Patent Document 2).
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a time synchronization apparatus 10 in which a GPS-FW is installed for security measures.
  • the time synchronizers 10-1 and 10-2 include a GPS-FW 12 that identifies a GPS signal at the front stage (input side) of the GM 11.
  • a high-accuracy frequency source 20 that oscillates a high-accuracy frequency is installed outside the time synchronizers 10-1 and 10-2, and a high-accuracy frequency from the high-accuracy frequency source 20 is input to the GM11. Is done.
  • the high-accuracy frequency source 20 is a frequency standard module of 10 MHz with small phase noise using, for example, OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) as a frequency reference source.
  • the GPS-FW 12 detects the jamming indicated by the symbol a in FIG. 8, and when the jamming is detected, blocks the jamming time information (see the symbol b in FIG. 8).
  • the signal identification algorithm that the GPS-FW 12 applies is a threshold determination method that prevents tracking when the amount of time variation in unit time is greater than or equal to the threshold. As the time information is blocked, the GM 11 transitions to the time Holdover state, and performs time distribution by synchronizing time with the high-precision frequency of the high-precision frequency source 20 as a reference time source.
  • the prior art GPS-FW is a filter for time variation based on a threshold, and cannot cope with GPS jamming that continues for a long time within the range of the threshold. Further, when the threshold value is reduced, there is a risk that normal time fluctuation is erroneously determined as GPS jamming.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a detection algorithm of the conventional GPS-FW.
  • Time is taken on the horizontal axis and time variation is taken on the vertical axis.
  • a solid line indicates the amount of time fluctuation, and a broken line indicates the threshold value.
  • the GPS-FW determines that there is an abnormality when the amount of time variation in unit time is equal to or greater than a threshold value.
  • the threshold value varies depending on GPS factors and weather factors. If the threshold value is decreased, there is a risk of erroneous detection. For this reason, it is necessary to set an appropriate threshold value, and the GPS-FW detection algorithm has a problem that fluctuation within the threshold value cannot be detected.
  • the time variation continues without changing the time variation without returning to the original level. For this reason, in the case of time variation, the time synchronizer 10 (see FIG. 8) needs to correct the time variation that has changed due to the level shift.
  • the present invention has been made in view of such a background, and the present invention provides a time synchronization system, a management device, a time synchronization method, and a program capable of filtering against jamming that continues a minute disturbance. Is an issue.
  • the invention according to claim 5 is a time synchronization device that receives a radio wave from a positioning satellite, synchronizes time using time information included in the received radio wave as a time source, and distributes the time.
  • a time synchronization system management device comprising a plurality of time synchronization information acquisition means for acquiring time variation information and position information of each of the time synchronization devices, and the time synchronization device based on the acquired position information.
  • An analysis that analyzes the time fluctuation based on the determination result by determining the majority of the behavior of the time variation of each time synchronization device belonging to the same category and the category classification means for classifying into a predetermined category based on whether or not the behavior is the same.
  • an output means for outputting an instruction to block the time information received from the positioning satellite to the time synchronization apparatus having an abnormal time variation. It was that the management device.
  • the invention according to claim 6 is a time synchronization system comprising a plurality of time synchronization devices that receive radio waves from positioning satellites, synchronize time using time information contained in the received radio waves as a time source, and distribute the time.
  • the invention according to claim 7 is a server device including a plurality of time synchronization devices that receive radio waves from positioning satellites, synchronize time using time information included in the received radio waves as a time source, and distribute the time.
  • a time variation information acquisition unit that acquires time variation information and position information of each time synchronization device, a category classification unit that classifies the time synchronization device into a predetermined category based on the acquired position information, and the same
  • the time fluctuation behavior of the time synchronization device belonging to the category is determined by majority decision based on whether or not the behavior is the same, and analysis means for analyzing the time fluctuation based on the determination result, the time synchronization device having an abnormal time fluctuation
  • a program for functioning as an output means for outputting an instruction to block time information received from the positioning satellite is provided.
  • GPS jamming can be detected without using a time variation filter based on a threshold value, so that it is possible to perform a filter against jamming in which minute disturbances are continued.
  • no threshold since no threshold is used, the detection accuracy of jamming can be increased.
  • the invention according to claim 1 is a time synchronization system comprising a plurality of time synchronization devices that receive radio waves from positioning satellites, synchronize time using time information included in the received radio waves as a time source, and distribute the time.
  • a time variation information acquisition unit that acquires time variation information and position information of each time synchronization device, and a category classification unit that classifies the time synchronization device into a predetermined category based on the acquired position information.
  • the time synchronization behavior of each time synchronization device belonging to the same category is determined by majority decision based on whether or not the behavior is the same, and has analysis means for analyzing the time variation based on the determination result, and an abnormal time variation
  • An output unit that outputs an instruction to block the time information received from the positioning satellite to the time synchronization device, and the time synchronization device includes: When receiving the cutoff command from the management apparatus, and a time synchronization system characterized in that it comprises filter means for blocking the time information received from the positioning satellite.
  • GPS jamming can be detected without using a time variation filter based on a threshold value, and therefore, it is possible to perform a filter for jamming in which a minute disturbance is continued.
  • the detection accuracy of jamming can be increased.
  • the time synchronizer can block the time information of the GPS signal.
  • the invention according to claim 2 is the time synchronization system according to claim 1, wherein the category classification means categorizes so that environmental factors having similar time variations are the same. .
  • the analyzing means determines that the majority side is normal time fluctuation, determines that the minority side is abnormal time fluctuation, and the output means sets the majority side to normal time fluctuation.
  • the tracking OK is transmitted to the time synchronizer on the majority side when it is determined as fluctuation, and the tracking NG is transmitted to the time synchronizer on the minority side when it is determined that the minority side is abnormal time fluctuation.
  • the time synchronizer on the minority side can block the time information of the GPS signal.
  • the time synchronization apparatus on the multiple side can continue the highly accurate time synchronization using the highly accurate time of the GPS satellite as a time source.
  • a high-accuracy frequency source is provided, and the time synchronization device is not synchronized with the time information included in the radio wave from the positioning satellite when the time information is interrupted.
  • the time synchronizer can filter for GPS jamming without setting a threshold. As the time information is cut off, it is possible to transit to the time holdover state.
  • the present invention it is possible to provide a time synchronization system, a management device, a time synchronization method, and a program capable of filtering against jamming that continues a minute disturbance.
  • FIG. 1 shows a time synchronization system provided with the management apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram which shows the management apparatus of the time synchronization system which concerns on the said embodiment, and the function of GPS-FW.
  • FIG. 1 shows a time synchronization system provided with the management apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram which shows the management apparatus of the time synchronization system which concerns on the said embodiment, and the function of GPS-FW.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a time synchronization system including a management device according to an embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
  • the time synchronization system 1000 includes a management device 100 and time synchronization devices 200-1 to 200-3.
  • the management device 100 and the time synchronization devices 200-1 to 200-3 are: Communication is established by wireless or wired communication means (see the broken line in FIG. 1).
  • the communication means may be of any type.
  • the time synchronizers 200-1 to 200-3 receive radio waves from the GPS satellite 1 (positioning satellite), synchronize time using the time information included in the received radio waves as a time source, and distribute the time.
  • Time synchronization apparatuses 200-1 to 200-3 include GPS antenna 200a, GPS-FWs 210-1 to 210-3, and GM11.
  • a high-accuracy frequency source 20 that oscillates a high-accuracy frequency is connected to the GM 11.
  • the high-accuracy frequency source 20 supplies a high-accuracy frequency when the time synchronizer 200 is in the time Holdover state.
  • the time synchronization devices 200-1 to 200-3 are collectively referred to as the time synchronization device 200. If the GPS-FWs 210-1 to 210-3 are not particularly distinguished, they are referred to as GPS-FW 210.
  • the GPS-FW 210 transmits time variation information and its own position information to the management device 100, receives a time synchronization follow-up response answer from the management device 100, and receives a time synchronization follow-up NG when receiving a time synchronization follow-up NG.
  • the GPS-FW 210 enters a time holdover state with the interruption of the time information, and performs time distribution by synchronizing time with the high-precision frequency of the high-precision frequency source 20 as a reference time source.
  • the time synchronization system 1000 includes the high-accuracy frequency source 20, and the time synchronization apparatuses 200-1 to 200-3 transition to the time holdover state with the interruption of the time information, and the high-accuracy frequency source 20 Time synchronization is performed using the high-accuracy frequency as a reference time source.
  • GPS-FW 210 may be provided with a detection algorithm of a threshold determination method similar to the GPS-FW 12 of FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating functions of the management device 100 and the GPS-FW 210 of the time synchronization system.
  • the GPS-FWs 210-1 to 210-3 include a time variation information acquisition unit 211 and a filter determination unit 212 (filter means).
  • the time variation information acquisition unit 211 acquires time variation information from the received GPS signal, and transmits the acquired time variation information and its own position information to the management apparatus 100.
  • the filter determination unit 212 blocks the time information received from the GPS satellite 1 when receiving a blocking instruction from the management device 100.
  • the filter determination unit 212 receives a time synchronization followability answer from the management device 100, and when receiving time synchronization follower NG, blocks the time information from the GPS signal.
  • the management apparatus 100 includes a data storage unit 110, a position information setting unit 120, a time variation information receiving unit 130, a position information classification unit 140 (category classification unit), a time variation analysis 150 (analysis unit), and filter distribution.
  • Unit 160 output means.
  • the data storage unit 110 is a memory for storing the analyzed time variation information. This memory may be any storage means.
  • the position information setting unit 120 sets a category of position information as a category indicating the same time fluctuation based on the accumulated time fluctuation information.
  • the time fluctuation is mainly caused by environmental factors (for example, weather).
  • a place (position) where the time synchronization apparatus 200 (GPS-FW 210) is installed is set as a category as an environmental factor. It is assumed that the accumulation of time variation information by the data accumulation unit 110 and the category setting by the position information setting unit 120 are already set prior to the execution of the time synchronization process described later.
  • the time variation information receiving unit 130 acquires time variation information and position information of each of the time synchronization devices 200-1 to 200-3.
  • the position information classification unit 140 classifies each time synchronization device 200-1 to 200-3 into a predetermined category based on the acquired position information.
  • the position information classifying unit 140 categorizes so that environmental factors due to time variations are the same.
  • the time fluctuation analysis 150 makes a majority decision based on whether or not the behaviors of the time synchronization apparatuses 200 belonging to the same category are the same, and analyzes the time fluctuation based on the determination result.
  • the time fluctuation analysis 150 determines that the majority side is normal time fluctuation and the minority side is abnormal time fluctuation (GPS jamming).
  • the filter distribution unit 160 outputs an instruction to block the time information received from the positioning satellite to the time synchronization apparatus 200 having an abnormal time variation.
  • the filter delivery unit 160 transmits follow-up OK to the time synchronization apparatus 200 on the majority side, and when it determines that the minority side is abnormal, it transmits tracking NG to the time synchronization apparatus 200 on the minority side. To do.
  • the GPS-FWs 210-1 to 210-3 have been described with the configuration examples including the time variation information acquisition unit 211 and the filter determination unit 212.
  • the time synchronization apparatus 200 may be included.
  • FIGS-FW 210 the time synchronizer 200 (GPS-FW 210) will be described.
  • FIG. 3A and 3B are flowcharts showing the time synchronization operation of the GPS-FW 210 of the time synchronization apparatus 200
  • FIG. 3A is a flowchart of the normal time process
  • FIG. 3B is a periodic process at the time of communication with the management apparatus 100. It is a flowchart to show.
  • the time variation information acquisition unit 211 acquires time variation information from the GPS signal received from the GPS satellite 1 (see FIG. 1) in step S1.
  • the filter determination unit 212 determines a jamming flag. That is, when the management apparatus 100 performs jamming determination, the management apparatus 100 transmits tracking NG to the corresponding GPS-FW 210 as tracking followability determination.
  • the filter determination unit 212 of the GPS-FW 210 to which the follow-up NG is transmitted sets a jamming flag.
  • step S2 the GM11 (see FIG. 1) of the time synchronization apparatus 200 executes time synchronization using the high-accuracy time of the GPS satellite 1 (see FIG. 1) as a time source in step S3. To end the processing of this flow. Further, the GM 11 uses a GPS signal, so that there is no need for periodic time calibration.
  • the filter determination unit 212 blocks the time information of the GPS signal in step S4 and ends the process of this flow. As the time information is blocked, the GM 11 transitions to the time Holdover state, and performs time distribution by synchronizing time with the high-precision frequency of the high-precision frequency source 20 as a reference time source.
  • the timing at which the management device 100 makes a response to the time synchronization device 200 for whether or not to follow is asynchronous with the timing at which the time synchronization device 200 performs time synchronization based on the time information of the GPS signal. Therefore, in this embodiment, when the GPS-FW 210 receives the follow-up NG from the management apparatus 100, the GPS-FW 210 sets a jamming flag and blocks the time information at an appropriate timing.
  • the time variation information acquisition unit 211 periodically acquires the time variation information acquired from the GPS signal of the GPS satellite 1 (see FIG. 1) and the position information of the PS-FW 210 in step S11. It transmits to the management apparatus 100.
  • the time variation information and the position information are received by the time variation information receiving unit 130 (see FIG. 2) of the management apparatus 100.
  • step S12 the filter determination unit 212 receives the jamming flag attached to the follow-up NG transmitted by the filter delivery unit 160 (see FIG. 2) of the management apparatus 100. That is, when the management apparatus 100 performs jamming determination, the management apparatus 100 transmits a follow-up NG with a jamming flag to the corresponding GPS-FW 210.
  • step S13 the filter determination unit 212 checks the jamming flag. When there is no change in the jamming flag, the filter determination unit 212 continues the process in step S14 and ends this flow.
  • the filter determination unit 212 determines jamming in step S15. If there is no jamming flag, the jamming flag is stored in the memory, and in step S16, the GM11 (see FIG. 1) of the time synchronizer 200 uses the highly accurate time of the GPS satellite 1 (see FIG. 1) as the time source, Synchronization is executed and the processing of this flow is terminated. If there is a jamming flag in step S15, the filter determination unit 212 blocks the time information of the GPS signal in step S17 and ends the process of this flow. As the time information is blocked, the GM 11 transitions to the time Holdover state, and performs time distribution by synchronizing time with the high-precision frequency of the high-precision frequency source 20 as a reference time source.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the management apparatus 100 of the time synchronization system 1000.
  • the time variation information receiving unit 130 receives time variation information / position information from each of the GPS-FWs 210-1 to 210-3.
  • Each of the GPS-FWs 210-1 to 210-3 transmits time variation information / position information periodically (for example, every 10 minutes).
  • the time variation information receiving unit 130 receives time variation information / position information from each of the GPS-FWs 210-1 to 210-3.
  • the position information classification unit 140 obtains time variation information from each GPS-FW 210-1 to 210-3 for each category based on the received position information of each GPS-FW 210-1 to 210-3. Classify.
  • the position information setting unit 120 sets categories to be classified in advance. In the present embodiment, the above categories are classified by “position (region) A, B,..., X” where the GPS-FWs 210-1 to 210-3 are installed.
  • This “position (area) A, B,..., X” is, for example, “the weather warning / warning and weather forecast announcement area” of the Japan Meteorological Agency. In this case, the primary subdivision area unit divided into several prefectures with similar weather characteristics or a wider regional forecast area is used.
  • the position information classification unit 140 categorizes so that the time variation is similar.
  • the GPS-FWs 210 belonging to the same category are assumed to be in an environment having similar weather characteristics (weather conditions). If the time variation information from the GPS-FWs 210-1 to 210-3 is classified in the same category (“position (region) A, B,..., X”), the radio wave reception status of each GPS-FW 210 in the category is Almost the same. For this reason, it is possible to eliminate or minimize the threshold value that has been set for weather factor fluctuations.
  • the management apparatus 100 repeats the following process for each category between the loop start end in step S23 and the loop end in step S29.
  • the position information classification unit 140 determines whether a plurality of pieces of time variation information are stored in the same category.
  • a plurality of GPS-FWs 210 for example, GPS-FW 210-1 and GPS-FW 210-2 exist in the same position (region) A.
  • the time variation information of GPS-FW 210-1 and GPS-FW 210-2 from the same position (area) A is stored in a memory (not shown).
  • step S24: No If a plurality of pieces of time variation information are not stored (step S24: No), it is determined that the majority decision determination execution condition is not satisfied, and the process proceeds to step S29.
  • step S24: Yes the time variation analysis 150 in step S26 is based on the time variation information of a plurality of GPS-FWs 210 belonging to the same category. A majority decision is made on the behavior of time fluctuations. Since the weather factor variation is excluded from the time variation information of a plurality of GPS-FWs 210 belonging to the same category, the time variation of the GPS-FW 210 exhibits the same behavior.
  • the amount of fluctuation in a periodic (every 10 minutes) period of the time variation information of a plurality of GPS-FWs 210 is obtained, and a case where the amount of fluctuation matches within a predetermined range is regarded as a majority side, and a case where a variation amount is not a minority side.
  • a majority decision is made, and if the decision result is the majority side, it can be judged normal.
  • step S ⁇ b> 27 the time variation analysis 150 outputs to the filter distribution unit 160 the determination result that the majority side is “normal”.
  • step S ⁇ b> 28 the time variation analysis 150 outputs a determination result in which the minority side is “abnormal” to the filter distribution unit 160.
  • step S29 it is determined whether all categories have been repeated. If all categories have not been repeated, the process returns to step S23 and the above processing is repeated. When all the categories are repeated in step S29, the filter distribution unit 160 sends the jamming determination result to the corresponding GPS-FW 210 in step S30, and ends the processing of this flow.
  • the filter distribution unit 160 transmits follow-up OK to the GPS-FW 210 with the jamming determination result (normal), and transmits follow-up NG to the GPS-FW 210 with the jamming determination result (abnormal). Therefore, when there is no jamming, the filter distribution unit 160 transmits the jamming determination result (normal): follow-up OK to all the GPS-FWs 210.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a GPS accuracy error.
  • GPS error factors include the following, and a time error of several tens of ns occurs due to environmental factors.
  • reference sign c in FIG. 5 there is a variation due to solar flare. Variations vary depending on the scale of solar activity.
  • Non-Patent Document 3 reports that fluctuation due to solar flare reached a maximum of 50 ns in September 2017.
  • a time error of 20-25 ns occurs in the ionosphere due to the ionospheric delay.
  • a time error of about 2 ns occurs due to the tropospheric delay.
  • radio waves may be reflected on the ground structure and a multipath may occur, resulting in a time error of 4-7 ns.
  • a time error of 4 to 7 ns occurs due to receiver noise of the receiver that receives the GPS signal.
  • the position information setting unit 120 sets the category of position information as a category indicating the same time variation.
  • the location information category is an environmental factor such as weather and weather, and in addition to weather such as rainy weather and fine weather, the ionospheric delay indicated by symbol d in FIG. 5 and the tropospheric delay indicated by symbol e in FIG. 5 are also included in the location information. It is.
  • FIGS. 1 and 8 are diagrams for explaining a quantitative comparison of error factors between the present embodiment and the prior art
  • FIG. 6A is an explanatory diagram of the time synchronization system 1000 of the present embodiment
  • FIG. 6B is an explanatory diagram of the prior art. It is.
  • the same components as those in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals.
  • the time synchronization apparatus 10 includes a GPS-FW 12 for jamming countermeasures. As described in FIG. 5, GPS has a time error due to factors such as the environment.
  • the GPS-FW 12 of the prior art needs to allow a minute time error (within several tens of ns), and a threshold is provided for that purpose (see FIG. 8).
  • a threshold is provided for that purpose (see FIG. 8).
  • the GPS-FW 12 cannot detect fluctuations within the threshold, it cannot cope with jamming that continues for a long time within the range of the threshold.
  • each of the GPS-FWs 210-1 to 210-3 periodically transmits time variation information / position information to the management apparatus 100 (see symbol j in FIG. 6A).
  • the management device 100 performs the category classification / majority determination shown in the flow of FIG. 4, and if the jamming determination result (normal), transmits a followability answer to the GPS-FWs 210-1 to 210-3, and the jamming determination result In the case of (abnormal), the tracking NG is transmitted to the GPS-FW 210 that has been jammed. For this reason, the GPS-FW 210 can transition to the time holdover state as the time information is interrupted without setting a threshold as in the prior art.
  • the time synchronization system 1000 includes the management device 100, and the management device 100 acquires the time variation information and position information of the time synchronization devices 200-1 to 200-3. Based on the acquired position information, the position information classifying unit 140 that classifies the time synchronization device into a predetermined category and the time fluctuation behavior of the time synchronization device 200 that belongs to the same category, Time variation analysis 150 that performs majority determination and analyzes time variation based on the determination result, and a filter that outputs an instruction to block time information received from a positioning satellite to a time synchronization device having abnormal time variation A delivery unit 160.
  • the GPS-FW 210 of the time synchronization apparatus 200 acquires time fluctuation information from the received GPS signal, and transmits a time fluctuation information acquisition unit 211 that transmits the acquired time fluctuation information and its own position information to the management apparatus 100, and a management And a filter determination unit 212 that blocks time information received from the GPS satellite 1 when a block instruction is received from the device 100.
  • time variation information in the same environment that is, time variation information with the same category of position information is aggregated, and the time variation is analyzed (for example, majority decision) to determine time variation (GPS jamming) with different behavior.
  • GPS jamming since the time changes in the same environment, it is possible to eliminate errors due to environmental factors. Further, it is not necessary to set a threshold value for allowing a minute time error (within several tens of ns). In this way, GPS jamming can be detected without using a time fluctuation filter based on a threshold value, so it is possible to filter against GPS jamming (jamming that continues for a long period of time within a threshold range) that continues minute disturbances. It becomes. In addition, since no threshold is used, the jamming detection accuracy can be increased to within a few ns of the receiver error (see symbol g in FIG. 5).
  • the position information classification unit 140 categorizes the time synchronization apparatuses 200-1 to 200-3 so that the environmental factors are the same. As a result, time fluctuations in the same environment become uniform, and errors due to environmental factors can be eliminated.
  • the time fluctuation analysis 150 determines that the majority side is normal time fluctuation and the minority side is abnormal time fluctuation.
  • the filter delivery unit 160 transmits follow-up OK to the time synchronization apparatus 200 on the majority side, and when it determines that the minority side is abnormal, it transmits tracking NG to the time synchronization apparatus 200 on the minority side.
  • the filter determination part 212 of the time synchronizer 200 of a minority side interrupts
  • the GM 11 transitions to the time Holdover state with the interruption of the time information, and performs time distribution by synchronizing the time with the high-precision frequency of the high-precision frequency source 20 as the reference time source.
  • the time synchronization apparatus 200 on the multiple side can continue the highly accurate time synchronization of the GPS satellite 1 using the highly accurate time of the GPS satellite 1 as a time source.
  • the time synchronization system 1000 includes a high-accuracy frequency source 20, and the time synchronization apparatuses 200-1 to 200-3 transition to the time holdover state when the time information is cut off, and change the high-accuracy frequency of the high-accuracy frequency source 20.
  • Time synchronization is performed as a reference time source and time distribution is performed.
  • the GPS-FW 210 can filter for GPS jamming without setting a threshold as in the prior art. As the time information is cut off, it is possible to transit to the time holdover state.
  • the management apparatus 100 determines that the majority side is normal or when the normality determination continues for a predetermined time or more, the management apparatus 100 controls the time synchronization apparatus 200 on the majority side to make the time fluctuation information and position information acquisition timing longer. May be performed. In this way, the resources of the time synchronization system 1000 can be reduced.
  • this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
  • the time synchronization apparatus 200 the configuration example in which the time variation information acquisition unit 211 and the filter determination unit 212 are installed in the GPS-FWs 210-1 to 210-3 is shown, but the time synchronization apparatus 200 is installed outside the GPS-FW 210. Also good.
  • each component of each illustrated apparatus is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated.
  • the specific form of distribution / integration of each device is not limited to that shown in the figure, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed or arbitrarily distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions. Can be integrated and configured.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software for interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function is stored in a memory, a hard disk, a recording device such as SSD (Solid State Drive), an IC (Integrated Circuit) card, an SD (Secure Digital) card, an optical disk, etc. It can be held on a recording medium.
  • the processing steps describing time-series processing are not limited to processing performed in time series according to the described order, but are not necessarily performed in time series, either in parallel or individually. The processing (for example, parallel processing or object processing) is also included.
  • GM DESCRIPTION OF SYMBOLS High precision frequency source
  • Management apparatus 110 Data storage part 120 Position information setting part 130 Time fluctuation information receiving part 140 Position information classification part (category classification means) 150 Time fluctuation analysis (analysis means) 160 Filter distribution unit (output means) 200, 200-1 to 200-3 Time synchronizer 200a GPS antenna 211 Time variation information acquisition unit 212 Filter determination unit (filter means) 1000 Time synchronization system

Abstract

【課題】微小な擾乱を継続させるＧＰＳジャミングに対してフィルタが可能となる時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラムを提供する。 【解決手段】時刻同期システム１０００の管理装置１００は、各時刻同期装置２００の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報受信部１３０と、取得した位置情報をもとに、時刻同期装置を所定カテゴリに分類する位置情報分類部１４０と、同じカテゴリに属する時刻同期装置２００の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する時刻変動解析１５０と、異常な時刻変動を有する時刻同期装置に対して、測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力するフィルタ配信部１６０と、を備える。ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、管理装置１００から遮断指示を受信した場合、ＧＰＳ衛星１から受信した時刻情報を遮断するフィルタ判定部２１２を備える。

Description

時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラム
　本発明は、時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラムに関する。
　マイクロ秒オーダあるいはサブマイクロ秒オーダの時刻同期精度が必要なシステムを実現するためには、ＵＴＣ（Coordinated Universal Time：協定世界時）に対して同等以上の誤差精度の時刻配信が必要となる。一般的な高精度時刻配信システムは、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム）あるいはＰＴＰ（Precision Timing Protocol IEEE1588：高精度時間プロトコル）を使って正確な時刻を生成している。また、ＰＴＰは、有線ネットワーク内のクライアントに対して、ＧＭＣ（Grandmaster Clock）サーバから正確な時刻を配信するためのプロトコルであり、ＧＭＣに対して１マイクロ秒程度の時刻同期精度が得られる。
　昨今、モバイル系サービスの高速化に向けた対応として、高精度な時刻同期が求められている。高精度な時刻同期を行う方法として、基準である時刻同期をＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から受信する方法が一般的に知られている。
　測位を行う場合、ＧＰＳ受信装置は最低４機のＧＰＳ衛星（測位用衛星）からの信号を捕捉する必要がある。ただし、ＧＰＳ受信装置の正確な位置（緯度／経度／高度）が既知であることを前提として最低１機のＧＰＳ衛星からの信号を捕捉できていればＵＴＣ同期時刻を得ることが可能である。ＧＰＳ衛星からの信号は微弱であり、かつ民生利用される信号（Ｃ／Ａコード）は非暗号化された状態で送信されることから、電磁ノイズや妨害電波による影響を受けやすいものの、安価なＧＰＳ受信装置があれば高精度な時刻が得られる点が大きな利点である（非特許文献１参照）。
　一方、ネットワーク内での高精度な時刻同期を必要とするシステムが多く存在する。例えば、金融の高頻度取引において、タイムスタンプを用いた取引データの記録や証券取引所と証券会社等の間の遅延計測のためにサーバの基準時刻を一致させる必要がある。また、移動体システムの基地局において、基地局間で送受信タイミングを同期し、複数キャリアを束ねることで広帯域化することが可能になる。また、また、電力システムにおいて、電力線の複数地点において時刻同期された計測器によって同一タイミングで電圧値を取得することで周波数や位相のズレを検知することが可能になる。
　ＧＰＳ衛星からの信号を用いる時刻同期方法は、民生利用される信号（Ｃ／Ａコード）が非暗号化された状態で送信されることから、下記のセキュリティリスクをはらんでいる。すなわち、攻撃者がＧＰＳ信号を擬似的に生成し、生成した信号に同期させる（ジャミング）ことで、意図的に時刻情報を擾乱させることができる。
　図７Ａおよび図７Ｂは、ＧＰＳ衛星からの信号を用いる時刻同期方法のセキュリティリスクを説明する図である。
　図７Ａに示すように、時刻同期装置１０は、基準時刻を提供するグランドマスタークロック（Grandmaster Clock）装置（以下、ＧＭという）１１を備える。時刻同期装置１０は、ＧＰＳ衛星１からの電波をアンテナ１０ａを介して受信し、高精度な時刻情報をＧＭ１１に入力する。ＧＭ１１は、ＧＰＳ衛星１が持つ高精度な時刻を時刻源とし、ＧＰＳ衛星１の高精度な時刻に常に同期する。ＧＭ１１は、ＧＰＳ信号を用いることで、高精度な基準時刻が得られるだけでなく、定期的な時刻校正の必要がない。しかし、ＧＭ１１は、ＧＰＳ信号が何らかの理由で途切れた状態（例えば、妨害波や落雷によるアンテナ故障など）（時刻Holdover状態）でも高精度な基準時刻を維持しなければならない。
　図７Ｂの符号ａに示すように、攻撃者がＧＰＳ信号を擬似的に生成し、生成した信号に同期させる（ジャミング）攻撃が考えられる。時刻同期装置１０は、ジャミング信号を受信すると、ＧＭ１１は、このジャミング信号の時刻を時刻源とし、誤った時刻に同期するおそれがある。
　図７（ｂ）に示すジャミング信号による時刻情報の擾乱に対する対処方法として、ＧＰＳ-ＦＷ（Firewall）を設置する技術がある（非特許文献２参照）。
　図８は、セキュリティ対策のためにＧＰＳ-ＦＷを設置した時刻同期装置１０を示す図である。
　図８に示すように、時刻同期装置１０－１，１０－２は、ＧＭ１１の前段（入力側）に、ＧＰＳ信号を識別するＧＰＳ-ＦＷ１２を備える。また、時刻同期装置１０－１，１０－２の外部には、高精度周波数を発振する高精度周波数源２０が設置されており、ＧＭ１１には、高精度周波数源２０からの高精度周波数が入力される。高精度周波数源２０は、例えばＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator：恒温槽付水晶発振器)を周波数基準源とする、位相ノイズが小さい１０ＭＨｚの周波数標準器モジュールである。
　ＧＰＳ-ＦＷ１２は、図８の符号ａに示すジャミングを検知し、ジャミングを検知した場合、ジャミングの時刻情報を遮断する（図８の符号ｂ参照）。ＧＰＳ-ＦＷ１２が、適用する信号識別のアルゴリズムは、単位時間における時刻変動量が閾値以上であった場合に追従しないようにする閾値判定方式である。
　ＧＭ１１は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。
「JAXA｜今いる場所・時間がわかる測位とは？」,［online］,［平成３０年２月１日検索］,インターネット 〈 URL : http://www.jaxa.jp/countdown/f18/overview/GPS_j.html〉 「BlueSky GPS Firewall | Microsemi」,［online］,［平成３０年２月１日検索］,インターネット 〈URL : http://web116.jp/shop/annai/gisanshi/analog/pdf/analog_gisanshi.pdf〉 ITU-T SG15 contribution C651 Orange, Nokia, Microsemi. Geneva, January, 2018"GNSS-TR, Error magnitude for major sources of GNSS time error"
　しかしながら、従来技術のＧＰＳ-ＦＷは、閾値による時刻変動のフィルタであり、閾値の範囲内で長期的に継続するようなＧＰＳジャミングには対応できない。また、閾値を小さくした場合には通常の時刻変動をＧＰＳジャミングと誤判定するリスクがある。
　図９は、従来技術のＧＰＳ-ＦＷの検知アルゴリズムを説明する図である。横軸に時間をとり、縦軸に時刻変動量をとる。実線は時刻変動量を示し、破線はその閾値を示す。
　ＧＰＳ-ＦＷは、単位時間における時刻変動量が閾値以上であるとき異常と判定する。上記閾値は、ＧＰＳ要因での変動や天候要因による変動があり、閾値を小さくすると誤検知のリスクある。このため、適度な閾値を設定する必要があり、ＧＰＳ-ＦＷの検知アルゴリズムでは、閾値内の変動は検知できない課題がある。
　なお、図９の破線に示すように、時刻変動は、元のレベルに戻らずに変化した時刻変動量が継続する。このため、時刻変動の場合、時刻同期装置１０（図８参照）は、レベルシフトにより変化した時刻変動量を補正する必要がある。
　このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、微小な擾乱を継続させるジャミングに対してフィルタが可能となる時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラムを提供することを課題とする。
　前記した課題を解決するため、請求項５に記載の発明は、測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムの管理装置であって、各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段と、取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段と、異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする管理装置とした。
　また、請求項６に記載の発明は、測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムの管理装置における時刻同期方法であって、各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得するステップと、取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するステップと、同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析するステップと、異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力するステップと、を実行することを特徴とする時刻同期方法とした。
　また、請求項７に記載の発明は、測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備えるサーバ装置としてのコンピュータを、各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段、取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段、同じカテゴリに属する前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段、異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段、として機能させるためのプログラムとした。
　このようにすることで、閾値による時刻変動のフィルタを用いることなく、ＧＰＳジャミングを検知できるので、微小な擾乱を継続させるジャミングに対してのフィルタが可能となる。また、閾値を用いないので、ジャミングの検知精度を上げることができる。
　また、請求項１に記載の発明は、測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムであって、各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段と、取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段と、異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段と、を有する管理装置、を備え、前記時刻同期装置は、前記管理装置から遮断指示を受信した場合、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断するフィルタ手段を備えることを特徴とする時刻同期システムとした。
　このようにすることで、閾値による時刻変動のフィルタを用いることなく、ＧＰＳジャミングを検知できるので、微小な擾乱を継続させるジャミングに対してのフィルタが可能となる。また、閾値を用いないので、ジャミングの検知精度を上げることができる。
　また、時刻同期装置は、ＧＰＳ信号の時刻情報を遮断することができる。
　また、請求項２に記載の発明は、前記カテゴリ分類手段は、前記時刻変動が類似する環境要因が同一となるようにカテゴリ分けすることを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システムとした。
　このようにすることで、同一環境の時刻変動は一様となるので、環境要因に起因する誤差を排除することが可能になる。
　また、請求項３に記載の発明は、前記解析手段は、多数側を正常な時刻変動と判定するとともに、少数側を異常な時刻変動と判定し、前記出力手段は、多数側を正常な時刻変動と判定した場合に追従ＯＫを多数側の前記時刻同期装置に送信し、少数側を異常な時刻変動と判定した場合に追従ＮＧを少数側の前記時刻同期装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システムとした。
　このようにすることで、少数側の時刻同期装置は、ＧＰＳ信号の時刻情報を遮断することができる。また、多数側の時刻同期装置は、ＧＰＳ衛星が持つ高精度な時刻を時刻源とし、高精度な時刻同期を継続することができる。
　また、請求項４に記載の発明は、高精度周波数源を備え、前記時刻同期装置が、時刻情報の遮断に伴い、測位用衛星からの電波に含まれる時刻情報に時刻同期していない状態に遷移し、前記高精度周波数源の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行うことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システムとした。
　このようにすることで、時刻同期装置は、閾値を設定することなく、ＧＰＳジャミングに対してのフィルタが可能となる。時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移することができる。
　本発明によれば、微小な擾乱を継続させるジャミングに対してフィルタが可能となる時刻同期システム、管理装置、時刻同期方法およびプログラムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る管理装置を備える時刻同期システムを示す図である。 上記実施形態に係る時刻同期システムの管理装置とＧＰＳ-ＦＷの機能を示すブロック図である。 上記実施形態に係る時刻同期システムの時刻同期装置においてＧＰＳ-ＦＷの時刻同期動作の通常時処理のフローチャートである。 上記実施形態に係る時刻同期システムの時刻同期装置においてＧＰＳ-ＦＷの時刻同期動作の管理装置との通信時の定期処理を示すフローチャートである。 上記実施形態に係る時刻同期システムの管理装置の動作を示すフローチャートである。 ＧＰＳの精度誤差を示す図である。 本実施形態の誤差要因の定量比較を説明する説明図である。 従来技術の誤差要因の定量比較を説明する説明図である。 従来技術のＧＰＳ衛星からの信号を用いる時刻同期方法のジャミングがない場合のセキュリティリスクの説明図である。 従来技術のＧＰＳ衛星からの信号を用いる時刻同期方法のジャミング攻撃がある場合のセキュリティリスクの説明図である。 従来技術のセキュリティ対策のためにＧＰＳ-ＦＷを設置した時刻同期装置を示す図である。 従来技術のＧＰＳ-ＦＷの検知アルゴリズムを説明する図である。
　以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）における時刻同期システム等について説明する。
　本実施形態は、測位用衛星としてＧＰＳ衛星を用いるＧＰＳシステムに適用した例である。
（実施形態）
　図１は、本発明の実施形態に係る管理装置を備える時刻同期システムを示す図である。図８と同一構成部分には同一符号を付している。
　図１に示すように、時刻同期システム１０００は、管理装置１００と、時刻同期装置２００－１～２００－３と、を備え、管理装置１００と時刻同期装置２００－１～２００－３とは、無線または有線の通信手段（図１破線参照）により通信可能に接続される。通信手段は、どのような方式のものでもよい。
　時刻同期装置２００－１～２００－３は、ＧＰＳ衛星１（測位用衛星）からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する。
　時刻同期装置２００－１～２００－３は、ＧＰＳアンテナ２００ａと、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３と、ＧＭ１１と、を備える。ＧＭ１１には、高精度周波数を発振する高精度周波数源２０が接続されている。高精度周波数源２０は、時刻同期装置２００が時刻Holdover状態で、高精度周波数を供給する。
　なお、時刻同期装置２００－１～２００－３を総称する場合は、時刻同期装置２００と呼ぶ。また、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３を特に区別しない場合は、ＧＰＳ-ＦＷ２１０と呼ぶ。
　ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、管理装置１００に時刻変動情報と自身の位置情報を送信し、管理装置１００から時刻同期の追従可否回答を受信するとともに、時刻同期の追従ＮＧを受信した場合には、ＧＰＳ信号からの時刻情報を遮断する。ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態となり、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。
　本実施形態では、時刻同期システム１０００は、高精度周波数源２０を備え、時刻同期装置２００－１～２００－３は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。
　なお、ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、図８のＧＰＳ-ＦＷ１２と同様な閾値判定方式の検知アルゴリズムも併用して備える態様でもよい。
　図２は、時刻同期システムの管理装置１００とＧＰＳ-ＦＷ２１０の機能を示すブロック図である。
　図２に示すように、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３は、時刻変動情報取得部２１１と、フィルタ判定部２１２（フィルタ手段）と、を備える。
　時刻変動情報取得部２１１は、受信したＧＰＳ信号から時刻変動情報を取得し、取得した時刻変動情報と自身の位置情報を管理装置１００に送信する。
　フィルタ判定部２１２は、管理装置１００から遮断指示を受信した場合、ＧＰＳ衛星１から受信した時刻情報を遮断する。フィルタ判定部２１２は、管理装置１００から時刻同期の追従可否回答を受信するとともに、時刻同期の追従ＮＧを受信した場合には、ＧＰＳ信号からの時刻情報を遮断する。
　管理装置１００は、データ蓄積部１１０と、位置情報設定部１２０と、時刻変動情報受信部１３０と、位置情報分類部１４０（カテゴリ分類手段）と、時刻変動解析１５０（解析手段）と、フィルタ配信部１６０（出力手段）と、を備える。
　データ蓄積部１１０は、解析した時刻変動情報を蓄積するメモリである。このメモリは、どのような記憶手段でもよい。
　位置情報設定部１２０は、蓄積した時刻変動情報をもとに、同じ時刻変動を示すカテゴリとして位置情報のカテゴリを設定する。上記時刻変動は、環境要因（例えば気象）が主要なものである。本実施形態では、環境要因として、時刻同期装置２００（ＧＰＳ-ＦＷ２１０）が設置されている場所（位置）をカテゴリとして設定する。
　なお、データ蓄積部１１０による時刻変動情報の蓄積と、位置情報設定部１２０によるカテゴリ設定は、後記時刻同期処理の実行に先立って既に設定されているものとする。
　時刻変動情報受信部１３０は、各時刻同期装置２００－１～２００－３の時刻変動情報および位置情報を取得する。
　位置情報分類部１４０は、取得した位置情報をもとに、各時刻同期装置２００－１～２００－３を所定カテゴリに分類する。位置情報分類部１４０は、時刻変動による環境要因が同一となるようにカテゴリ分けする。
　時刻変動解析１５０は、同じカテゴリに属する時刻同期装置２００の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する。時刻変動解析１５０は、多数側を正常な時刻変動と判定するとともに、少数側を異常な時刻変動（ＧＰＳジャミング）と判定する。
　フィルタ配信部１６０は、異常な時刻変動を有する時刻同期装置２００に対して、測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する。フィルタ配信部１６０は、多数側を正常と判定した場合に追従ＯＫを多数側の時刻同期装置２００に送信し、少数側を異常と判定した場合に追従ＮＧを少数側の時刻同期装置２００に送信する。
　なお、本実施形態では、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３が時刻変動情報取得部２１１およびフィルタ判定部２１２を備える構成例で説明したが、時刻同期装置２００が備えていればよい。
　以下、上述のように構成された時刻同期システム１０００の動作について説明する。
　まず、時刻同期装置２００（ＧＰＳ-ＦＷ２１０）の動作について述べる。
［ＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻同期動作］
　図３Ａおよび図３Ｂは、時刻同期装置２００のＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻同期動作を示すフローチャートであり、図３Ａはその通常時処理のフローチャート、図３Ｂはその管理装置１００との通信時の定期処理を示すフローチャートである。
 <通常時の時刻同期動作>
　図３Ａに示すように、通常時には、ステップＳ１で時刻変動情報取得部２１１は、ＧＰＳ衛星１（図１参照）から受信したＧＰＳ信号から時刻変動情報を取得する。
　ステップＳ２でフィルタ判定部２１２は、ジャミングフラグの判定を行う。すなわち、管理装置１００は、ジャミング判定を行った場合、該当のＧＰＳ-ＦＷ２１０に対して、追従可否判定として追従ＮＧを送信する。追従ＮＧが送信されたＧＰＳ-ＦＷ２１０のフィルタ判定部２１２は、ジャミングフラグを立てる。
　上記ステップＳ２でジャミングフラグがない場合、ステップＳ３で時刻同期装置２００のＧＭ１１（図１参照）は、ＧＰＳ衛星１（図１参照）が持つ高精度な時刻を時刻源とし、時刻同期を実行して本フローの処理を終了する。また、ＧＭ１１は、ＧＰＳ信号を用いることで、定期的な時刻校正の必要がない。
　上記ステップＳ２でジャミングフラグがある場合、ステップＳ４でフィルタ判定部２１２は、ＧＰＳ信号の時刻情報を遮断して本フローの処理を終了する。ＧＭ１１は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。
　ここで、管理装置１００は、時刻同期装置２００に追従可否回答を行うタイミングと、時刻同期装置２００がＧＰＳ信号の時刻情報をもとに、時刻同期を行うタイミングとは非同期である。そこで、本実施形態では、ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、管理装置１００からの追従ＮＧを受信した場合、ジャミングフラグを立てておき、適切なタイミングで時刻情報を遮断するようにする。
 <通信時の定期処理動作>
　図３Ｂに示すように、通常時には、ステップＳ１１で時刻変動情報取得部２１１は、ＧＰＳ衛星１（図１参照）のＧＰＳ信号から取得した時刻変動情報およびＰＳ-ＦＷ２１０の位置情報を、定期的に管理装置１００に送信する。なお、この時刻変動情報および位置情報は、管理装置１００の時刻変動情報受信部１３０（図２参照）が受信する。
　ステップＳ１２でフィルタ判定部２１２は、管理装置１００のフィルタ配信部１６０（図２参照）が送信した追従ＮＧに付されたジャミングフラグを受信する。すなわち、管理装置１００は、ジャミング判定を行った場合、該当のＧＰＳ-ＦＷ２１０に対して、ジャミングフラグを付した追従ＮＧを送信する。
　ステップＳ１３でフィルタ判定部２１２は、ジャミングフラグを確認する。ジャミングフラグに変更がない場合、ステップＳ１４でフィルタ判定部２１２は、処理を継続して本フローを終了する。
　ジャミングフラグに変更がある場合、ステップＳ１５でフィルタ判定部２１２は、ジャミングの判定を行う。ジャミングフラグがない場合、ジャミングフラグをメモリに格納し、ステップＳ１６で時刻同期装置２００のＧＭ１１（図１参照）は、ＧＰＳ衛星１（図１参照）が持つ高精度な時刻を時刻源とし、時刻同期を実行して本フローの処理を終了する。
　上記ステップＳ１５でジャミングフラグがある場合、ステップＳ１７でフィルタ判定部２１２は、ＧＰＳ信号の時刻情報を遮断して本フローの処理を終了する。ＧＭ１１は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。
［管理装置１００の動作］
　次に、管理装置１００の動作について述べる。
　図４は、時刻同期システム１０００の管理装置１００の動作を示すフローチャートである。
　ステップＳ２１で時刻変動情報受信部１３０は、各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３から時刻変動情報・位置情報を受信する。各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３は、それぞれ、定期的（例えば、１０分毎）に時刻変動情報・位置情報を送信している。時刻変動情報受信部１３０は、各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３から時刻変動情報・位置情報を受信する。
　ステップＳ２２で位置情報分類部１４０は、受信した各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３の位置情報をもとに、各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３からの時刻変動情報を、カテゴリ毎に分類する。位置情報設定部１２０は、分類するカテゴリを事前に設定している。本実施形態では、上記カテゴリを、各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３が設置された「位置(地域)Ａ，Ｂ，…，Ｘ」で分類する。この「位置(地域) Ａ，Ｂ，…，Ｘ」は、例えば、気象庁の「気象警報・注意報や天気予報の発表区域」である。この場合、気象特性の類似する各都道府県をいくつかに分けた一次細分区域単位や、それよりも広範囲の地方予報区を用いる。すなわち、位置情報分類部１４０は、時刻変動が類似するようにカテゴリ分けする。
　同じカテゴリに属するＧＰＳ-ＦＷ２１０は、同じような気象特性（気象条件）の環境下にあると想定される。同じカテゴリ（「位置(地域)Ａ，Ｂ，…，Ｘ」）で、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３からの時刻変動情報を分類すれば、カテゴリ内の各ＧＰＳ-ＦＷ２１０の電波受信状況は、ほぼ同じとなる。このため、天候要因変動のために設定していた閾値をなくす、または極小にすることができる。
　管理装置１００は、ステップＳ２３のループ始端とステップＳ２９のループ終端間で、カテゴリ毎に下記処理を繰り返す。
　ステップＳ２４で位置情報分類部１４０は、同じカテゴリに複数の時刻変動情報が格納されているか否かを判定する。同じカテゴリに複数の時刻変動情報が格納されている場合の例としては、同じ位置(地域)Ａに、複数のＧＰＳ-ＦＷ２１０（例えば、ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１とＧＰＳ-ＦＷ２１０－２）が存在する場合がある。この場合、同じ位置(地域)ＡからＧＰＳ-ＦＷ２１０－１とＧＰＳ-ＦＷ２１０－２の時刻変動情報がメモリ（図示省略）に格納される。
　複数の時刻変動情報が格納されていない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、多数決判定の実行条件にないと判断してステップＳ２９に進む。
　複数の時刻変動情報が格納されている場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２６で時刻変動解析１５０は、同じカテゴリに属する複数のＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻変動情報をもとに、これらＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻変動の挙動について多数決判定を行う。同じカテゴリに属する複数のＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻変動情報からは、天候要因変動が排除されているので、ＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻変動は、同じ挙動を示す。例えば、複数のＧＰＳ-ＦＷ２１０の時刻変動情報の定期（１０分毎）期間における変動量を求め、その変動量が所定範囲内で一致するものを多数側、しないものを少数側とする。多数決判定を行い、その判定結果が多数側であれば正常と判断できる。
　ここで、多数決判定のメカニズムについて説明する。
　天候等の外部要因が同一の場合で、かつジャミング等の影響がない場合のＧＰＳアンテナ間の誤差は、(1)アンテナの個体差（レシーバノイズ）、(2)マルチパス影響の２つが考えられる。上記(1)に関しては対応が困難であり、最大値である７ｎｓ(標準化寄書提案)を採用する。上記(2)については、基本的にアンテナ設置の場所の工夫で対応可能であることから、最小値の４ｎｓ（標準化寄書提案）を採用し、１１ｎｓ以内で同一なものを多数側、しないものを少数側とみなすようにする。また、所定範囲内（ＧＰＳレシーバ誤差を考慮し、約１０ｎｓ以内を範囲内）とみなすように判断してもよい。
　また、多数決が同数であった場合には、その比較においては異常判定せず、次の収集タイミング（例えば１０分周期）にて、再度多数決判定を行う。
　図４のフローに戻って、ステップＳ２７で時刻変動解析１５０は、多数側を「正常」とする判定結果をフィルタ配信部１６０に出力する。
　ステップＳ２８で時刻変動解析１５０は、少数側を「異常」とする判定結果をフィルタ配信部１６０に出力する。
　ステップＳ２９でカテゴリをすべて繰り返したか否かを判定し、カテゴリをすべて繰り返していない場合は、ステップＳ２３に戻って上記処理を繰り返す。
　ステップＳ２９でカテゴリをすべて繰り返した場合は、ステップＳ３０でフィルタ配信部１６０は、ジャミング判定結果を該当ＧＰＳ-ＦＷ２１０に送付して本フローの処理を終了する。具体的には、フィルタ配信部１６０は、ジャミング判定結果（正常）のＧＰＳ-ＦＷ２１０には、追従ＯＫを送信し、ジャミング判定結果（異常）のＧＰＳ-ＦＷ２１０には、追従ＮＧを送信する。したがって、ジャミングがない場合には、フィルタ配信部１６０は、ジャミング判定結果（正常）：追従ＯＫをすべてのＧＰＳ-ＦＷ２１０に送信することになる。
［ＧＰＳの精度誤差］
　次に、本実施形態の時刻同期システム１０００とＧＰＳの精度誤差との関係について説明する。
　図５は、ＧＰＳの精度誤差を示す図である。
　ＧＰＳ誤差要因としては、下記のようなものがあり、環境等の要因により数十ｎｓの時刻誤差が生じる。
　図５の符号ｃに示すように、太陽フレアによる変動がある。太陽活動の規模によって変動が変わる。非特許文献３には、太陽フレアによる変動が、２０１７年９月に最大５０ｎｓになったことが報告されている。
　図５の符号ｄに示すように、電離層では、電離層遅延により２０－２５ｎｓの時刻誤差が生じる。
　図５の符号ｅに示すように、対流圏では、対流圏遅延により約２ｎｓの時刻誤差が生じる。
　上記天候気象などの環境要因による時刻誤差とは別に、下記がある。
　図５の符号ｆに示すように、地上構造物に電波が反射してマルチパスが発生し、４－７ｎｓの時刻誤差が生じる場合がある。
　図５の符号ｇに示すように、ＧＰＳ信号を受信する受信機のレシーバノイズにより、４－７ｎｓの時刻誤差が生じる。
　さらに、ＧＰＳシステムの時刻誤差がある。
　図５の符号ｈに示すように、ＧＰＳ衛星１の原子時計誤差４－７ｎｓがある。
　図５の符号ｉに示すように、ＧＰＳ衛星１が周回する衛星軌道（エフェメリス）の差異による誤差があり、５－１０ｎｓの時刻誤差が生じる。
　上述したように、本実施形態では、位置情報設定部１２０（図２参照）は、同じ時刻変動を示すカテゴリとして位置情報のカテゴリを設定している。位置情報のカテゴリは、天候気象などの環境要因であり、雨天・晴天などの天候のほか、図５の符号ｄに示す電離層遅延や、図５の符号ｅに示す対流圏遅延も、位置情報に含まれる。
［本実施形態と従来技術との定量比較］
　図６Ａおよび図６Ｂは、本実施形態と従来技術との誤差要因の定量比較を説明する図であり、図６Ａは本実施形態の時刻同期システム１０００の説明図、図６Ｂは従来技術の説明図である。図１および図８と同一構成部分には同一符号を付している。
　図６Ｂに示すように、時刻同期装置１０は、ジャミング対策用のＧＰＳ-ＦＷ１２を備える。図５で述べたように、ＧＰＳには環境等の要因による時刻誤差がある。このため、従来技術のＧＰＳ-ＦＷ１２は、微小な時刻誤差（数十ｎｓ以内）を許容する必要があり、そのための閾値を設けている（図８参照）。上述したように、ＧＰＳ-ＦＷ１２は、閾値内の変動は検知できないので、閾値の範囲内で長期的に継続するジャミングには対応できない。
　これに対し、本実施形態では、各ＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３が、管理装置１００に定期的に時刻変動情報・位置情報を送信する（図６Ａの符号ｊ参照）。管理装置１００は、図４のフローに示すカテゴリ分類・多数決判定を行って、ジャミング判定結果（正常）の場合にはＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３に追従可否回答を送信し、ジャミング判定結果（異常）の場合にはジャミングを受けたＧＰＳ-ＦＷ２１０に追従ＮＧを送信する。このため、ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、従来技術のように閾値を設定することなく、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移することができる。
　以上説明したように、時刻同期システム１０００は、管理装置１００を備え、管理装置１００は、各時刻同期装置２００－１～２００－３の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報受信部１３０と、取得した位置情報をもとに、時刻同期装置を所定カテゴリに分類する位置情報分類部１４０と、同じカテゴリに属する時刻同期装置２００の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する時刻変動解析１５０と、異常な時刻変動を有する時刻同期装置に対して、測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力するフィルタ配信部１６０と、を備える。また、時刻同期装置２００のＧＰＳ-ＦＷ２１０は、受信したＧＰＳ信号から時刻変動情報を取得し、取得した時刻変動情報と自身の位置情報を管理装置１００に送信する時刻変動情報取得部２１１と、管理装置１００から遮断指示を受信した場合、ＧＰＳ衛星１から受信した時刻情報を遮断するフィルタ判定部２１２と、を備える。
　この構成により、同一環境の時刻変動情報、すなわち位置情報のカテゴリが同じ時刻変動情報を集約してその時刻変動を解析（例えば多数決判定）し、挙動の異なる時間変動（ＧＰＳジャミング）を判定する。この場合、同一環境の時刻変動であるため、環境要因の誤差を排除することが可能になる。また、微小な時刻誤差（数十ｎｓ以内）を許容するための閾値の設定が不要になる。このように、閾値による時刻変動のフィルタを用いることなく、ＧＰＳジャミングを検知できるので、微小な擾乱を継続させるＧＰＳジャミング（閾値の範囲内で長期的に継続するジャミング）に対してのフィルタが可能となる。また、閾値を用いないので、レシーバ誤差（図５の符号ｇ参照）の数ｎｓ以内までジャミングの検知精度を上げることができる。
　また、位置情報分類部１４０は、各時刻同期装置２００－１～２００－３の環境要因が同一となるようにカテゴリ分けする。これにより、同一環境の時刻変動は一様となるので、環境要因に起因する誤差を排除することが可能になる。
　また、時刻変動解析１５０は、多数側を正常な時刻変動と判定するとともに、少数側を異常な時刻変動と判定する。フィルタ配信部１６０は、多数側を正常と判定した場合に追従ＯＫを多数側の時刻同期装置２００に送信し、少数側を異常と判定した場合に追従ＮＧを少数側の時刻同期装置２００に送信する。これにより、少数側の時刻同期装置２００のフィルタ判定部２１２は、ＧＰＳ信号の時刻情報を遮断する。ＧＭ１１は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期をとり時刻配信を行う。また、多数側の時刻同期装置２００は、ＧＰＳ衛星１が持つ高精度な時刻を時刻源とし、ＧＰＳ衛星１の高精度な時刻同期を継続することができる。
　時刻同期システム１０００は、高精度周波数源２０を備え、時刻同期装置２００－１～２００－３は、時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移し、高精度周波数源２０の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う。これにより、ＧＰＳ-ＦＷ２１０は、従来技術のように閾値を設定することなく、ＧＰＳジャミングに対してのフィルタが可能となる。時刻情報の遮断に伴い、時刻Holdover状態に遷移することができる。
　なお、管理装置１００は、多数側を正常と判定した場合や、正常判定が所定以上継続する場合、多数側の時刻同期装置２００については、時刻変動情報と位置情報の取得タイミングをより長くする制御を行ってもよい。このようにすれば、時刻同期システム１０００のリソースを削減することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、時刻同期装置２００は、時刻変動情報取得部２１１とフィルタ判定部２１２をＧＰＳ-ＦＷ２１０－１～２１０－３内に設置する構成例を示したが、ＧＰＳ-ＦＷ２１０の外部に設置されていてもよい。
　また、上記実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上述文書中や図面中に示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
　また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）カード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。
　１１　ＧＭ
　２０　高精度周波数源
　１００　管理装置
　１１０　データ蓄積部
　１２０　位置情報設定部
　１３０　時刻変動情報受信部
　１４０　位置情報分類部（カテゴリ分類手段）
　１５０　時刻変動解析（解析手段）
　１６０　フィルタ配信部（出力手段）
　２００，２００－１～２００－３　時刻同期装置
　２００ａ　ＧＰＳアンテナ
　２１１　時刻変動情報取得部
　２１２　フィルタ判定部（フィルタ手段）
　１０００　時刻同期システム

Claims (7)

  1. 　測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムであって、
    　各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段と、
    　取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、
    　同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段と、
    　異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段と、を有する管理装置、を備え、
    　前記時刻同期装置は、
    　前記管理装置から遮断指示を受信した場合、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断するフィルタ手段を備える
    　ことを特徴とする時刻同期システム。
  2. 　前記カテゴリ分類手段は、前記時刻変動が類似する環境要因が同一となるようにカテゴリ分けする
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
  3. 　前記解析手段は、多数側を正常な時刻変動と判定するとともに、少数側を異常な時刻変動と判定し、
    　前記出力手段は、多数側を正常な時刻変動と判定した場合に追従ＯＫを多数側の前記時刻同期装置に送信し、少数側を異常な時刻変動と判定した場合に追従ＮＧを少数側の前記時刻同期装置に送信する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
  4. 　高精度周波数源を備え、
    　前記時刻同期装置は、
    　時刻情報の遮断に伴い、測位用衛星からの電波に含まれる時刻情報に時刻同期していない状態に遷移し、前記高精度周波数源の高精度周波数を基準時刻源として時刻同期を取り時刻配信を行う
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
  5. 　測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムの管理装置であって、
    　各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段と、
    　取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段と、
    　同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段と、
    　異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段と、を備える
    　ことを特徴とする管理装置。
  6. 　測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備える時刻同期システムの管理装置における時刻同期方法であって、
    　各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得するステップと、
    　取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するステップと、
    　同じカテゴリに属する各前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析するステップと、
    　異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力するステップと、
    　を実行することを特徴とする時刻同期方法。
  7. 　測位用衛星からの電波を受信し、受信した電波に含まれる時刻情報を時刻源として時刻同期を取り時刻を配信する時刻同期装置を複数備えるサーバ装置としてのコンピュータを、
    　各前記時刻同期装置の時刻変動情報および位置情報を取得する時刻変動情報取得手段、
    　取得した前記位置情報をもとに、前記時刻同期装置を所定カテゴリに分類するカテゴリ分類手段、
    　同じカテゴリに属する前記時刻同期装置の時刻変動の挙動について、当該挙動が同一か否かで多数決判定し、判定結果をもとに時刻変動を解析する解析手段、
    　異常な時刻変動を有する前記時刻同期装置に対して、前記測位用衛星から受信した時刻情報を遮断する指示を出力する出力手段、として機能させるためのプログラム。
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