WO2020121824A1 - 時刻比較装置、および、時刻品質監視方法 - Google Patents

時刻比較装置、および、時刻品質監視方法 Download PDF

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薫 新井
大樹 佐久間
雅弘 中川
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    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0055—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay

Definitions

  • the present invention relates to a time comparison device and a time quality monitoring method.
  • Time synchronization technology will be required in the next generation mobile communication 5G (Generation) etc. in the inter-base station cooperation in mobile.
  • the time synchronization system is realized by, for example, a configuration in which GMs (Grand Masters) are distributed and arranged at respective points.
  • GMs Grand Masters
  • PRTC Primary Reference Time Clock
  • the GM at each point functions as a GNSS receiver that directly receives signals from GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites, and delivers the received signals directly to the end application.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the cost will increase accordingly.
  • the time synchronization accuracy deteriorates during the time period when the signal from the satellite cannot be received due to bad weather.
  • PTP Precision Time Protocol
  • the packet network that is, indirectly receiving the GNSS signal.
  • PTP Precision Time Protocol
  • time synchronization is performed via a highly reliable network of carriers.
  • the reception points and the number of installed GNSS antennas that are the time reference can be aggregated, and the reliability of GNSS reception can be improved by providing the aggregated GNSS receiver (GM) with a monitoring function.
  • GM aggregated GNSS receiver
  • reliability can be improved by duplicating the routes of the packet network.
  • the GM can transmit the time information economically and with high time synchronization accuracy by superimposing the PTP packet on the main signal.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a time transmission system to which the time synchronization technology is applied.
  • the time transmission system is configured by connecting a GM node 82, which is a PTP node corresponding to PTP, BC (Boundary Clock) nodes 83 and 84, and an OC (Ordinary Clock) node 85 via a network.
  • GM node 82 which is a PTP node corresponding to PTP
  • BC (Boundary Clock) nodes 83 and 84 BC (Boundary Clock) nodes 83 and 84, and an OC (Ordinary Clock) node 85
  • the side that provides time information is the master node 91 (FIG. 8)
  • the side of the synchronized device that receives time information from the master node 91 is the slave node 92 (FIG. 8).
  • the order of propagation of the time information will be described by the thick arrow in FIG.
  • the arrow head side of the thick arrow is the up side, and the arrow head side of the thick arrow is the down side. That is, accurate time information is propagated downward in the order of GM node 82 ⁇ BC node 83 ⁇ BC node 84 ⁇ OC node 85.
  • the GM node 82 includes an antenna 82a that directly receives a signal from the GPS satellite 81.
  • the BC node 83 is a slave node 92 that receives time information from the GM node 82 that is the master node 91, and thereafter functions as a master node 91 that provides time information to the BC node 84.
  • the BC node 84 is a slave node 92 that receives time information from the BC node 83, and thereafter functions as a master node 91 that provides time information to the OC node 85.
  • the OC node 85 is a slave node 92 that receives the time information from the BC node 84, and then provides the end terminal 86 with the time information. Note that the BC nodes 83 and 84 are different from the OC node 85 in that there are multiple connection ports to other PTP nodes in the BC nodes 83 and 84 and only one in the OC node 85. by.
  • FIG. 8 is a sequence diagram showing the mechanism of PTP.
  • the PTP packet to which the time information (time stamp) is added is transmitted/received between the master node 91 and the slave node 92.
  • a downlink Sync message (S11), a downlink Follow-up message (S12), an uplink Delay_Request message (S13), and a downlink Delay_Response message (S14) are transmitted and received in order.
  • the originating time t1 is the time when the Sync message (S11) is transmitted from the master node 91.
  • the arrival time t2 is the time when the Sync message arrives at the slave node 92.
  • the originating time t3 is the time when the Delay_Request message is transmitted from the slave node 92.
  • the arrival time t4 is the time when the Delay_Request message arrives at the master node 91.
  • the arrival time t4 is included in the Delay_Response message for the Delay_Request message and is notified to the slave node 92.
  • the slave node 92 can grasp all four time stamps (calling time t1 to arrival time t4).
  • the upstream delay Dsm is the propagation delay of the Delay_Request message in the upstream direction from the slave node 92 to the master node 91.
  • Upward delay Dsm arrival time t4 ⁇ (departure time t3 ⁇ offset value).
  • ITU-T International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector
  • ⁇ Timing characteristics of of primary reference time clocks'' ITU-T G.8272/Y.1367 Appendix I, January 2015 IEEE (The Institute of of Electrical and Engineers, Inc.), ⁇ IEEE Standard for for a Precision Precision, Clock Synchronization Protocol for for Networked and Measurement Systems'', IEEE Std 1588-2008, Chapter 11, Annex C, Revision 2008, 1588-2008, IEEE 24 July
  • the GM time quality of a GM that receives Coordinated Universal Time (UTC) from GPS may vary greatly depending on external conditions.
  • the external condition is, for example, a disturbance such as weather or solar activity, or an artificial case such as malicious jamming. Therefore, it is necessary to monitor the GM time quality in order to achieve high time synchronization accuracy regardless of external conditions.
  • Two examples of GM time quality monitoring methods will be described below.
  • Method 1) A method of receiving UTC from a UTC device other than GPS and comparing it with the UTC of GPS. In this case, the GM connects with the UTC device that provides UTC of the time standard research institute of each country.
  • Methodhod 2 A method of relative comparison of GM time quality among a plurality of GMs. When one GM time quality is known between two GMs, the GM time error of the other GM can be relatively confirmed by transmitting the time information of the GM to the other GM.
  • FIG. 9 is a configuration diagram when the second GM is monitored based on the first GM whose GM time quality is known in (Method 2).
  • Each of the first GM 10z and the second GM 30z operates as a master node and transmits a PTP packet to a slave node (not shown) to propagate its own time information to the outside.
  • the first GM 10z including the antenna 10y that directly receives the signal from the GPS satellite 10x uses its own GM time quality (hereinafter, referred to as “first GM time”) based on the UTC received from the UTC device (not shown). Quality”) has been acquired. This first GM time quality can be obtained with relatively high accuracy.
  • the second GM 30z equipped with the antenna 30y that directly receives the signal from the GPS satellite 30x obtains its own GM time quality (hereinafter, "second GM time quality") by (Method 2) by performing time synchronization with the first GM 10z. I will.
  • the time transmission network 2z transmits the PTP packet between the first GM 10z and the second GM 30z via the switch SW.
  • FIG. 10 is a graph showing the monitoring accuracy between the two GMs in FIG.
  • the horizontal axis of the graph shows the distance from the first GM 10z, and the vertical axis shows the time difference from UTC (GM time error).
  • the first GM time quality is defined as the width ( ⁇ a1) between the time difference in the plus direction (+a1) and the time difference in the minus direction ( ⁇ a1).
  • the transmission time error of the time transmission network 2z is defined as the width ( ⁇ a2) between the time difference in the plus direction (+a2) and the time difference in the minus direction (-a2).
  • the second GM time quality is defined as the width ( ⁇ a3) between the time difference in the plus direction (+a3) and the time difference in the minus direction ( ⁇ a3).
  • the transmission time error of the time transmission network 2z affects the monitoring result of the second GM time quality.
  • (Second GM time quality) (First GM time quality)+(Transmission time error of time transmission network 2z) (Equation 2)
  • the communication state of the time transmission network 2z changes from moment to moment depending on the degree of network congestion, etc., so it is difficult to grasp the transmission time error. Therefore, if a transmission time error of low accuracy is used, the monitoring accuracy of the second GM time quality also deteriorates.
  • the main object of the present invention is to accurately obtain the time quality of another GM based on the GM whose time quality is known.
  • the time comparison device of the present invention has the following features.
  • the present invention is a time comparison for monitoring time quality of a second grand master located on the own side of the time transmission network from a first grand master located on the opposite side of the time transmission network via the time transmission network.
  • a device A first time synchronization unit that receives first time information from the first grand master by transmitting and receiving a time synchronization packet from the first grand master via the time transmission network; A second time synchronization unit that receives second time information from the second grand master by transmitting and receiving the time synchronization packet from the second grand master without passing through the time transmission network; A time comparison unit that calculates time difference information by comparing the first time information and the second time information, While measuring the time difference information until the time difference information obtained by the time comparison unit on the own device side and the time difference information obtained by the time comparison unit of the time comparison device on the opposite side match, A quality calculation for obtaining the time quality of the second grand master based on the transmission time error of the time transmission network and the time quality of the first grand master at the timing when the time difference information of both sides coincides with each other. And a part.
  • the time comparison unit measures the time difference information a plurality of times within a predetermined period, It is characterized in that the quality calculation unit obtains the time quality of the second grand master when the statistical values of the time difference information measured a plurality of times match in both the time difference information.
  • the time quality of another GM can be obtained with high accuracy based on the GM whose time quality is known.
  • FIG. 1 is a block diagram of a time quality monitoring system.
  • the time quality monitoring system includes, in addition to a first GM 10, a first TC (time comparison device) 20, a second GM 30, and a second TC (time comparison device) 40 connected by a time transmission network 2, a quality calculation device 5, It is configured to include the UTC device 9.
  • the quality calculation device 5 is described as an independent device in FIG. 1, but may be integrated with the configuration of another device such as the first TC 20. Further, the first GM 10 and the first TC 20 of the primary network 1 may be one device, or the second GM 30 and the second TC 40 of the secondary network 3 may be one device.
  • Each device of the time quality monitoring system is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit), a memory, a storage unit (storage unit) such as a hard disk, and a network interface.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a memory e.g., a hard disk
  • storage unit e.g., a hard disk
  • network interface e.g., a network interface
  • a CPU executes a program (also referred to as an application or its abbreviation application) read on a memory to operate a control unit (control unit) configured by each processing unit.
  • a program also referred to as an application or its abbreviation application
  • the first GM 10 and the second GM 30 each operate as a master node and transmit (transmit/receive) a PTP packet (time synchronization packet) to a slave node (not shown).
  • a PTP packet time synchronization packet
  • the first GM 10 which receives the UTC from the UTC device 9, synchronizes with the received UTC, and has already acquired the high first GM time quality in which the deviation from the UTC is corrected as its own time quality.
  • the second GM 30 determines its second GM time quality by performing time synchronization with the first GM 10.
  • the time transmission network 2 transmits the PTP packet between the first GM 10 and the second GM 30 via the switch SW.
  • the primary network 1 is on the side where the first GM time quality is known, and in addition to the above-mentioned first GM 10, a first TC 20 for comparing time information between both GMs is accommodated.
  • the secondary network 3 is on the side where the second GM time quality is unknown, and in addition to the above-mentioned second GM 30, a second TC 40 for comparing time information between both GMs is accommodated.
  • the components of the transmission time error of the time transmission network 2 include the link asymmetry error and the packet delay fluctuation error.
  • (Second GM time quality) (First GM time quality)+(Link asymmetry error of time transmission network 2)+(Packet delay fluctuation error of time transmission network 2) (Equation 3)
  • the link asymmetry error is an error composed of a +Y[ns] component in the direction of the primary network 1 ⁇ the secondary network 3 and a ⁇ Y[ns] component in the direction of the secondary network 3 ⁇ the primary network 1 in FIG. ..
  • the link asymmetry error is bidirectional and fixed, when PTP is performed in both directions, the signs of the errors are opposite to each other. This link asymmetry error is assumed to be known in advance.
  • the time quality monitoring system further includes the quality calculation device 5.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing details of the GM and TC of FIG.
  • the first GM 10 has a time correction unit 11 and a first PTP processing unit (first time synchronization unit) 12.
  • the first TC 20 includes a first PTP processing unit (first time synchronization unit) 21, a second PTP processing unit (second time synchronization unit) 22, and a time comparison unit 23. That is, the first TC 20 has a total of two clocks in the device, a clock for the first PTP processing unit 21 and a clock for the second PTP processing unit 22.
  • the second GM 30 has a second PTP processing unit (second time synchronization unit) 31.
  • the second TC 40 includes a first PTP processing unit (first time synchronization unit) 41, a second PTP processing unit (second time synchronization unit) 42, and a time comparison unit 43. That is, the second TC 40 has a total of two clocks in the device, the clock for the first PTP processing unit 41 and the clock for the second PTP processing unit 42.
  • the first PTP processing unit 12 operating as a master node performs time synchronization by PTP packets with respect to each of the first PTP processing unit 21 and the first PTP processing unit 41 of the other party operating as slave nodes.
  • the second PTP processing unit 31 that operates as a master node performs time synchronization by PTP packets with respect to the second PTP processing unit 22 and the second PTP processing unit 42 that are counterparts that operate as slave nodes. These PTP packets are transmitted to the outside via the transmitter TX and received from the outside via the receiver RX.
  • the time comparison unit 23 compares the time information of the first GM 10 obtained from the first PTP processing unit 21 with the time information of the second GM 30 obtained from the second PTP processing unit 22, and notifies the quality calculation device 5 of the comparison result. ..
  • the time comparison unit 43 compares the time information of the first GM 10 obtained from the first PTP processing unit 41 with the time information of the second GM 30 obtained from the second PTP processing unit 42, and notifies the quality calculation device 5 of the comparison result. ..
  • FIG. 3 is a sequence diagram showing the processing of the time quality monitoring system.
  • the link asymmetry error (+Y) of the time transmission network 2 from the primary network 1 (first GM10) to the secondary network 3 (second TC40) is grasped by advance measurement.
  • the link asymmetry error ( ⁇ Y) of the time transmission network 2 from the secondary network 3 (second TC 40) to the primary network 1 (first GM10) is grasped by advance measurement.
  • the first GM 10 receives the UTC synchronization from the UTC device 9. At this time point, the deviation of the timepiece of the first GM10 from UTC is corrected, so that the performance of the timepiece of the first GM10 becomes the first GM time quality.
  • the second TC 40 obtains the PTP synchronization result from the second GM 30 in S21 (here, "second synchronization") and the PTP synchronization result from the first GM 10 obtained in S22 (here, "first synchronization”). And are respectively acquired as time information. Then, the second TC 40 calculates the absolute value
  • the first TC 20 also acquires the PTP synchronization result from the first GM 10 obtained in S31 and the PTP synchronization result from the second GM 30 obtained in S32 as time information. Then, the first GM 10 calculates the absolute value
  • the quality calculation device 5 receives the notification of the absolute value of the time difference
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing of the quality calculation device 5.
  • the quality calculation device 5 receives the absolute value
  • the quality calculation device 5 compares whether or not
  • S103, Yes the packet delay fluctuation error is not included in the transmission time error (in other words, the transmission time error is composed of only the link asymmetry error component). Therefore, the process proceeds to S104.
  • the quality calculation device 5 calculates the second GM time quality based on Expression 4 above by using the link asymmetry error (Y) at the timing when the influence of the packet delay fluctuation error is minimized.
  • FIG. 5 is a graph when the absolute values of the time differences to be compared in S103 are equal.
  • the horizontal axis of the graph is the time, and the vertical axis is the absolute value of the time difference. That is, in FIG. 5, the time difference is measured a plurality of times.
  • are arranged vertically so that the time coincides with each other, and X and Y in Formula 5 are also shown in the graph of FIG.
  • the vertical axis indicates that the absolute value of the time difference is the same constant value in both graphs from time t1 to t2, and the same rising value in both graphs after time t2.
  • the quality calculation device 5 may compare the two graphs with the instantaneous value only at the time t1 as the comparison process of S103, or may compare the two graphs with the statistical value such as the average value at the times t1 to t2. Good.
  • FIG. 6 is a graph when the absolute values of the time differences to be compared in S103 are not equal. Similar to FIG. 5, the graph of
  • the quality calculation device 5 compares both graphs with the statistical value such as the average value at the times t1 to t2 as the comparison process of S103, so that only the instantaneous value at the time t2 happens to be
  • in S103 is the case where the two completely match (in other words, the packet delay fluctuation error is 0). Not only that, when the difference between the two is sufficiently small (in other words, the packet delay fluctuation error is smaller than the predetermined threshold), it may be considered that
  • the quality calculation device 5 obtains the second GM time quality based on the first GM time quality grasped in advance and the link asymmetry error measured in advance.
  • the quality calculation device 5 performs the measurement until the absolute values of the time differences in both directions become equal (
  • the quality calculation device 5 can calculate the second GM time quality with high accuracy by using the timing at which the influence of the packet delay fluctuation error is small.
  • the quality calculation device 5 can detect the abnormality at the time when the second GM time quality exceeds the predetermined threshold value by comparing the obtained second GM time quality with the predetermined threshold value. Therefore, when an abnormality is detected, the maintenance procedure can be promptly executed.
  • the hardware resources of a general computer can be realized by a program that operates as each unit of the time comparison device and the quality calculation device 5.
  • the program can be distributed via a communication line, or recorded on a recording medium such as a CD-ROM and distributed.

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Abstract

【課題】時刻品質が既知のGMを基準として、別のGMの時刻品質を高精度に求めること。 【解決手段】第１TC２０は、第１PTP処理部１２の第１時刻情報と第２PTP処理部２２の第２時刻情報とを比較することにより、時刻差分情報を計算する時刻比較部２３とを有する。そして、品質計算装置５は、第１TC２０の時刻比較部２３が求めた時刻差分情報と、第２TC４０の時刻比較部４３が求めた時刻差分情報が一致するまで時刻差分情報を測定させるとともに、双方の時刻差分情報が一致するタイミングでの時刻伝送網２の伝送時刻誤差をもとに、第２GM３０のGM時刻品質を求める。

Description

時刻比較装置、および、時刻品質監視方法
　本発明は、時刻比較装置、および、時刻品質監視方法に関する。
　時刻同期技術は、モバイルにおける基地局間連携において次世代移動通信5G（Generation）などで今後必要とされている。時刻同期システムは、例えば、GM（Grand Master）を各地点に分散配置させる構成により実現される。なお、GMを実装したPRTC（Primary Reference Time Clock）の仕様は、非特許文献１で規定される。
　各地点のGMは、GNSS（Global Navigation Satellite System）衛星からの信号を直接受信するGNSSレシーバとして機能し、受信した信号を直接エンドアプリケーションに配信する。
　しかし、高性能であるGNSSレシーバの台数を増やすと、その分コストも高くなってしまう。また、悪天候により衛星からの信号を受信できない時間帯は、時刻同期精度が悪化してしまう。
　そこで、GMからの情報をパケットネットワークによって配信する（つまり、GNSS信号を間接的に受信する）形態として、例えば、パケットのタイムスタンプを利用して時刻同期を行うPTP（Precision Time Protocol）が用いられる（非特許文献２）。PTPでは、通信事業者の高信頼なネットワークを介して時刻同期が行われる。
　これにより、時刻基準となるGNSSアンテナの受信地点および設置数を集約でき、集約したGNSSレシーバ（GM）へ監視機能を具備することでGNSS受信の信頼性を向上することができる。また、パケットネットワークの経路二重化により、信頼性も向上できる。さらに、GMはPTPパケットを主信号に重畳することで、経済的かつ時刻同期精度を高めて時刻情報を伝達することができる。
　図７は、時刻同期技術が適用された時刻伝送システムの構成図である。
　時刻伝送システムは、PTPに対応したPTPノードであるGMノード８２と、BC（Boundary Clock）ノード８３，８４と、OC（Ordinary Clock）ノード８５とがネットワークで接続されて構成される。
　以下、時刻同期を直接行うPTPノード間で、時刻情報を提供する側をマスタノード９１（図８）とし、マスタノード９１から時刻情報を受ける被同期装置の側をスレーブノード９２（図８）とする。以下、時刻情報の伝搬の順序を図７の太線矢印で記載する。太線矢印の矢印元側が上り側であり、太線矢印の矢印先側が下り側である。つまり、GMノード８２→BCノード８３→BCノード８４→OCノード８５の順に正確な時刻情報が下りに伝搬される。
　GMノード８２は、GPS衛星８１からの信号を直接受信するアンテナ８２ａを備える。
　BCノード８３は、マスタノード９１であるGMノード８２から時刻情報を受けるスレーブノード９２であり、その後にBCノード８４に時刻情報を提供するマスタノード９１として機能する。
　BCノード８４は、BCノード８３から時刻情報を受けるスレーブノード９２であり、その後にOCノード８５に時刻情報を提供するマスタノード９１として機能する。
　OCノード８５は、BCノード８４から時刻情報を受けるスレーブノード９２であり、その後にエンド端末８６に時刻情報を提供する。
　なお、BCノード８３，８４とOCノード８５との呼び方のちがいは、他PTPノードへの接続ポートがBCノード８３，８４には複数本存在し、OCノード８５には１本だけ存在することによる。
　図８は、PTPの仕組みを示すシーケンス図である。
　時刻情報（タイムスタンプ）を付与したPTPパケットは、マスタノード９１～スレーブノード９２間で送受信される。PTPパケットとして、下りのSyncメッセージ（Ｓ１１）と、下りのFollow-upメッセージ（Ｓ１２）と、上りのDelay_Requestメッセージ（Ｓ１３）と、下りのDelay_Responseメッセージ（Ｓ１４）とが順番に送受信される。
　発時刻t1は、Syncメッセージ（Ｓ１１）がマスタノード９１から送信された時刻である。なお、Syncメッセージの発時刻t1をSyncメッセージそのものに含ませることは困難であるので、Syncメッセージの発時刻t1は後続のFollow-upメッセージにて、スレーブノード９２に通知される。
　着時刻t2は、Syncメッセージがスレーブノード９２に到着した時刻である。
　発時刻t3は、Delay_Requestメッセージがスレーブノード９２から送信された時刻である。
　着時刻t4は、Delay_Requestメッセージがマスタノード９１に到着した時刻である。着時刻t4は、Delay_Requestメッセージに対するDelay_Responseメッセージに含めて、スレーブノード９２に通知される。
　これにより、スレーブノード９２は、４つのタイムスタンプ（発時刻t1～着時刻t4）をすべて把握できる。
　PTPパケットの送受信には、以下の伝搬遅延が発生する。
　・下り遅延Dmsは、マスタノード９１→スレーブノード９２の下り方向のSyncメッセージの伝搬遅延である。マスタノード９１側の時計に対するスレーブノード９２側の時計のずれをオフセット値とすると、下り遅延Dms＝（着時刻t2－オフセット値）－発時刻t1で求まる。
　・上り遅延Dsmは、スレーブノード９２→マスタノード９１の上り方向のDelay_Requestメッセージの伝搬遅延である。上り遅延Dsm＝着時刻t4－（発時刻t3－オフセット値）で求まる。
　下り遅延Dms＝上り遅延Dsmと仮定すると、スレーブノード９２は、以下の数式１でオフセット値を求める。
　オフセット値＝（（着時刻t2－発時刻t1）－（着時刻t4－発時刻t3））／２　…（数式１）
　そして、スレーブノード９２は、求めたオフセット値で自身の時計の時刻を修正することで、マスタノード９１の時計とスレーブノード９２の時計とが同期（時刻一致）される。
ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）、「Timing characteristics of primary reference time clocks」、ITU-T G.8272/Y.1367 Appendix I、2015年1月 IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）、「IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems」、IEEE Std 1588-2008 11章、AnnexC,Revision of IEEE Std 1588-2002、2008年7月24日
　GPSから協定世界時（UTC:Coordinated Universal Time）を受信するGMのGM時刻品質は、外部条件によって大きく変動する可能性がある。外部条件とは、例えば、天候や太陽活動等の外乱の場合や、悪意あるジャミング等の人為的な場合などである。そこで、外部条件によらず高い時刻同期精度を実現するためには、GM時刻品質の監視が必要である。以下、GM時刻品質の監視方法を２つ例示する。
　（方法１）GPS以外のUTC装置からUTCを受信して、GPSのUTCと比較する方法。この場合、GMは、各国の時間標準研究機関のUTCを提供するUTC装置と接続する。
　（方法２）複数のGM間のGM時刻品質を相対比較する方法。２つのGM間において一方のGM時刻品質が既知の場合、そのGMの時刻情報をもう一方のGMに伝送することで、相対的にもう一方のGMのGM時刻誤差を確認することができる。
　図９は、（方法２）において、GM時刻品質が既知の第１GMを基準に第２GMを監視する場合の構成図である。
　第１GM１０ｚおよび第２GM３０ｚは、それぞれマスタノードとして動作し、PTPパケットをスレーブノード（図示省略）に伝送することで、自身の時刻情報を外部に伝搬する。
　GPS衛星１０ｘからの信号を直接受信するアンテナ１０ｙを備える第１GM１０ｚは、UTC装置（図示省略）から受信したUTCをもとに、（方法１）によって自身のGM時刻品質（以下、「第１GM時刻品質」）を取得済みであるとする。この第１GM時刻品質は比較的高精度に求めることができる。
　GPS衛星３０ｘからの信号を直接受信するアンテナ３０ｙを備える第２GM３０ｚは、第１GM１０ｚと時刻同期を行うことにより、自身のGM時刻品質（以下、「第２GM時刻品質」）を（方法２）で求めることとする。
　時刻伝送網２ｚは、第１GM１０ｚと第２GM３０ｚとの間で、スイッチＳＷを介してPTPパケットを伝送する。
　図１０は、図９の２つのGM間の監視精度を示すグラフである。グラフの横軸が第１GM１０ｚからの距離を示し、縦軸がUTCからの時刻ずれ（GM時刻誤差）を示す。
　第１GM時刻品質は、プラス方向の時刻ずれ（＋ａ１）と、マイナス方向の時刻ずれ（－ａ１）との幅（±ａ１）として定義される。時刻伝送網２ｚの伝送時刻誤差は、プラス方向の時刻ずれ（＋ａ２）と、マイナス方向の時刻ずれ（－ａ２）との幅（±ａ２）として定義される。
　第２GM時刻品質は、プラス方向の時刻ずれ（＋ａ３）と、マイナス方向の時刻ずれ（－ａ３）との幅（±ａ３）として定義される。
　ここで、数式２に示すように、時刻伝送網２ｚの伝送時刻誤差が、第２GM時刻品質の監視結果に影響してしまう。
　（第２GM時刻品質）＝（第１GM時刻品質）＋（時刻伝送網２ｚの伝送時刻誤差）　…（数式２）
　なお、時刻伝送網２ｚの通信状態はネットワークの混雑度合いなどにより時々刻々と変動するので、伝送時刻誤差の把握は困難である。よって、仮に精度の低い伝送時刻誤差を用いてしまうと、第２GM時刻品質の監視精度も悪化してしまう。
　そこで、本発明は、時刻品質が既知のGMを基準として、別のGMの時刻品質を高精度に求めることを、主な課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明の時刻比較装置は、以下の特徴を有する。
　本発明は、時刻伝送網の対向側に位置する第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して、前記時刻伝送網の自装置側に位置する第２グランドマスタの時刻品質を監視する時刻比較装置であって、
　前記第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第１グランドマスタから第１時刻情報の同期を受ける第１時刻同期部と、
　前記第２グランドマスタから前記時刻伝送網を経由せずに前記時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第２グランドマスタから第２時刻情報の同期を受ける第２時刻同期部と、
　前記第１時刻情報と前記第２時刻情報とを比較することにより、時刻差分情報を計算する時刻比較部と、
　自装置側の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報と、対向側の前記時刻比較装置の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報とが一致するまで前記時刻差分情報を測定させるとともに、双方の前記時刻差分情報が一致するタイミングでの前記時刻伝送網の伝送時刻誤差と、前記第１グランドマスタの前記時刻品質とをもとに、前記第２グランドマスタの前記時刻品質を求める品質計算部とを有することを特徴とする。
　これにより、時刻伝送網におけるパケット遅延揺らぎ誤差の影響が最小化したタイミングを利用して、第２グランドマスタの時刻品質を高精度に計算することができる。
　本発明は、前記時刻比較部が、所定期間内に前記時刻差分情報を複数回測定し、
　前記品質計算部が、複数回測定した前記時刻差分情報の統計値が双方の前記時刻差分情報で一致するときに、前記第２グランドマスタの前記時刻品質を求めることを特徴とする。
　これにより、時刻伝送網におけるパケット遅延揺らぎ誤差が大きく変動する状況下でも、パケット遅延揺らぎ誤差の影響が最小化したタイミングを適切に抽出できる。
　本発明によれば、時刻品質が既知のGMを基準として、別のGMの時刻品質を高精度に求めることができる。
本実施形態に係わる時刻品質監視システムの構成図である。 本実施形態に係わる図１のGMおよびTCの詳細を示す構成図である。 本実施形態に係わる時刻品質監視システムの処理を示すシーケンス図である。 本実施形態に係わる品質計算装置の処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係わる時刻差分の絶対値が等しい場合のグラフである。 本実施形態に係わる時刻差分の絶対値が等しくない場合のグラフである。 本実施形態に係わる時刻同期技術が適用された時刻伝送システムの構成図である。 PTPの仕組みを示すシーケンス図である。 GM時刻品質が既知の第１GMを基準に第２GMを監視する場合の構成図である。 図９の２つのGM間の監視精度を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、時刻品質監視システムの構成図である。時刻品質監視システムは、時刻伝送網２によって接続される第１GM１０と、第１TC（時刻比較装置）２０と、第２GM３０と、第２TC（時刻比較装置）４０とに加え、品質計算装置５と、UTC装置９とを含めて構成される。
　なお、品質計算装置５は、図１では独立した装置として説明するが、第１TC２０などの他装置の構成と一体化させてもよい。また、プライマリ網１の第１GM１０と第１TC２０とを１装置としてもよいし、セカンダリ網３の第２GM３０と第２TC４０とを１装置としてもよい。
　時刻品質監視システムの各装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記憶部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。
　このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、各処理部により構成される制御部（制御手段）を動作させる。
　図１の時刻品質監視システムでは、図９と同様に、第１GM１０および第２GM３０は、それぞれマスタノードとして動作し、PTPパケット（時刻同期用パケット）をスレーブノード（図示省略）に伝送（送受信）することで、自身の時刻情報を外部に伝搬する。
　UTC装置９からUTCを受信する第１GM１０は、受信したUTCと同期することで、UTCとのずれが補正された高い第１GM時刻品質を、自身の時刻品質として取得済みである。第２GM３０は、第１GM１０と時刻同期を行うことにより、自身の第２GM時刻品質を求めることとする。
　時刻伝送網２は、第１GM１０と第２GM３０との間で、スイッチＳＷを介してPTPパケットを伝送する。
　さらに、図９の構成に対して、図１の構成では、以下の要素が追加される。
　プライマリ網１は、第１GM時刻品質が既知の側であり、前記の第１GM１０に加えて、両GM間の時刻情報を比較するための第１TC２０が収容されている。セカンダリ網３は、第２GM時刻品質が未知の側であり、前記の第２GM３０に加えて、両GM間の時刻情報を比較するための第２TC４０が収容されている。
　プライマリ網１からセカンダリ網３の方向に時刻同期を行う場合、第１GM１０→時刻伝送網２のスイッチＳＷ→第２GM３０および第２TC４０の順にPTPパケットが伝送される。セカンダリ網３からプライマリ網１の方向に時刻同期を行う場合、第２GM３０→時刻伝送網２のスイッチＳＷ→第１GM１０および第１TC２０の順にPTPパケットが伝送される。
　ここで、数式２をより詳しく表現した数式３に示すように、時刻伝送網２の伝送時刻誤差の成分は、リンク非対称性誤差とパケット遅延揺らぎ誤差とを含む。
　（第２GM時刻品質）＝（第１GM時刻品質）＋（時刻伝送網２のリンク非対称性誤差）＋（時刻伝送網２のパケット遅延揺らぎ誤差）　…（数式３）
　リンク非対称性誤差は、図１のプライマリ網１→セカンダリ網３の方向の＋Ｙ[ns]成分と、セカンダリ網３→プライマリ網１の方向の－Ｙ[ns]成分とで構成される誤差である。ここで、リンク非対称性誤差が双方向で固定的である場合、両方向でPTPを実施すると、その誤差の符号は互いに逆転したものとなる。このリンク非対称性誤差は、事前に把握できているものとする。
　一方、パケット遅延揺らぎ誤差は、時間変動が大きいため、直接の測定は困難である。そのため、時刻品質監視システムは、さらに、品質計算装置５を備える。
　この品質計算装置５は、第１TC２０および第２TC４０からそれぞれ得た時刻比較の結果を基に、パケット遅延揺らぎ誤差が大きい時間帯と、パケット遅延揺らぎ誤差が小さい時間帯とを求める（詳細は図４）。つまり、数式４に示すように、パケット遅延揺らぎ誤差の影響が最小化したタイミングでは、時刻伝送網２の伝送時刻誤差の成分がほとんどリンク非対称性誤差だけになる。このタイミングを利用して、品質計算装置５は高精度の第２GM時刻品質を求めることができる。
　（第２GM時刻品質）＝（第１GM時刻品質）＋（時刻伝送網２のリンク非対称性誤差）　…（数式４）
　図２は、図１のGMおよびTCの詳細を示す構成図である。
　第１GM１０は、時刻補正部１１と、第１PTP処理部（第１時刻同期部）１２とを有する。第１TC２０は、第１PTP処理部（第１時刻同期部）２１と、第２PTP処理部（第２時刻同期部）２２と、時刻比較部２３とを有する。つまり、第１TC２０は、装置内に第１PTP処理部２１用の時計と、第２PTP処理部２２用の時計とで合計２つの時計を有する。
　第２GM３０は、第２PTP処理部（第２時刻同期部）３１を有する。第２TC４０は、第１PTP処理部（第１時刻同期部）４１と、第２PTP処理部（第２時刻同期部）４２と、時刻比較部４３とを有する。つまり、第２TC４０は、装置内に第１PTP処理部４１用の時計と、第２PTP処理部４２用の時計とで合計２つの時計を有する。
　マスタノードとして動作する第１PTP処理部１２は、スレーブノードとして動作する相手の第１PTP処理部２１および第１PTP処理部４１それぞれに対して、PTPパケットにより時刻同期を行う。
　マスタノードとして動作する第２PTP処理部３１は、スレーブノードとして動作する相手の第２PTP処理部２２および第２PTP処理部４２それぞれに対して、PTPパケットにより時刻同期を行う。
　これらのPTPパケットは、送信器TXを介して外部に送信され、受信器RXを介して外部から受信する。
　時刻比較部２３は、第１PTP処理部２１から得た第１GM１０の時刻情報と、第２PTP処理部２２から得た第２GM３０の時刻情報とを比較し、その比較結果を品質計算装置５に通知する。
　時刻比較部４３は、第１PTP処理部４１から得た第１GM１０の時刻情報と、第２PTP処理部４２から得た第２GM３０の時刻情報とを比較し、その比較結果を品質計算装置５に通知する。
　図３は、時刻品質監視システムの処理を示すシーケンス図である。
　Ｓ１１として、プライマリ網１（第１GM１０）からセカンダリ網３（第２TC４０）に向かう時刻伝送網２のリンク非対称性誤差（＋Y）を事前計測により把握する。
　Ｓ１２として、セカンダリ網３（第２TC４０）からプライマリ網１（第１GM１０）に向かう時刻伝送網２のリンク非対称性誤差（－Y）を事前計測により把握する。
　Ｓ１３として、第１GM１０は、UTC装置９からUTCの同期を受ける。この時点で、第１GM１０の時計はUTCとのずれが補正されるので、第１GM１０の時計の性能が第１GM時刻品質となる。
　第２TC４０は、Ｓ２１で得た第２GM３０からのPTP同期結果（ここでは「第２同期」とする）と、Ｓ２２で得た第１GM１０からのPTP同期結果（ここでは「第１同期」とする）とを時刻情報としてそれぞれ取得する。そして、第２TC４０は、第１同期の時刻情報（第１時刻情報）と第２同期の時刻情報（第２時刻情報）との時刻差分ΔTabの絶対値|ΔTab|を、数式５で計算する（Ｓ２３）。
　|ΔTab|=|(UTC+Y)-(UTC+X)|=|Y-X|　…（数式５）
　ここで、X＝第２GM時刻品質、Y＝Ｓ１１のリンク非対称性誤差とする。
　第１TC２０も同様に、Ｓ３１で得た第１GM１０からのPTP同期結果と、Ｓ３２で得た第２GM３０からのPTP同期結果とを時刻情報としてそれぞれ取得する。そして、第１GM１０は、第１同期と第２同期それぞれの時刻の差分ΔTbaの絶対値|ΔTba|を、数式６で計算する（Ｓ３３）。
　|ΔTba|=|(UTC+X-Y)-UTC|=|X-Y|　…（数式６）
　品質計算装置５は、Ｓ２３で計算された時刻差分の絶対値|ΔTab|の通知を受け（Ｓ４１）、Ｓ３３で計算された時刻差分の絶対値|ΔTba|の通知を受ける（Ｓ４２）。そして、品質計算装置５は、図４で後記するように、第２GM時刻品質を計算する（Ｓ４３）。
　図４は、品質計算装置５の処理を示すフローチャートである。
　品質計算装置５は、時刻差分の絶対値|ΔTab|を受信し（Ｓ１０１、図３ではＳ４１）、時刻差分の絶対値|ΔTba|を受信する（Ｓ１０２、図３ではＳ４２）。
　Ｓ１０３として、品質計算装置５は、|ΔTab|と|ΔTba|とが等しいか否かを比較する。|ΔTab|と|ΔTba|とが等しい場合（Ｓ１０３，Ｙｅｓ）は、パケット遅延揺らぎ誤差が伝送時刻誤差に含まれていないため（換言すると、伝送時刻誤差がリンク非対称性誤差の成分だけで構成されるため）、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４では、パケット遅延揺らぎ誤差の影響が最小化したタイミングのリンク非対称性誤差（Y）を利用して、品質計算装置５は、前記の数式４をもとに第２GM時刻品質を計算する。または、数式４の代わりに、計算式「（第２GM時刻品質）＝|ΔTab|-Y」により、品質計算装置５は第２GM時刻品質を計算してもよい。
　一方、Ｓ１０３で|ΔTab|と|ΔTba|とが等しくない場合（Ｓ１０３，Ｎｏ）には、パケット遅延揺らぎ誤差が伝送時刻誤差に含まれているため、Ｓ１０１に戻って時刻差分を再測定する。
　図５は、Ｓ１０３で比較対象となる時刻差分の絶対値が等しい場合のグラフである。グラフの横軸が時刻であり、縦軸が時刻差分の絶対値である。つまり、図５では、時刻差分の測定は複数回行われている。
　なお、|ΔTab|のグラフと、|ΔTba|のグラフとを時刻が合うように上下に配置し、数式５のX、Yも図５のグラフ内に併記した。
　縦軸が時刻差分の絶対値は時刻t1～t2までは両グラフで同じ一定値であり、時刻t2以降は両グラフで同じ上昇する値であるとする。つまり、どの時間帯でも|ΔTab|＝|ΔTba|の関係は満たされている。
　このとき、品質計算装置５は、Ｓ１０３の比較処理として、時刻t1だけの瞬間値で両グラフを比較してもよいし、時刻t1～t2における平均値などの統計値で両グラフを比較してもよい。
　図６は、Ｓ１０３で比較対象となる時刻差分の絶対値が等しくない場合のグラフである。図５と同様に、|ΔTab|のグラフと、|ΔTba|のグラフとを時刻が合うように上下に配置した。
　両グラフで、|ΔTab|＝|ΔTba|の関係はほぼ満たされていない。唯一、時刻t2の瞬間値だけで、|ΔTab|＝|ΔTba|の関係が満たされているとする。
　このとき、品質計算装置５は、Ｓ１０３の比較処理として、時刻t1～t2における平均値などの統計値で両グラフを比較することで、時刻t2の瞬間値だけ偶然に|ΔTab|＝|ΔTba|の関係となった場合でも、適切に図４のＳ１０１に処理を戻して時刻差分を再測定させることができる。
　以上、図５および図６で例示したように、Ｓ１０３で|ΔTab|と|ΔTba|とを比較する処理は、双方が完全に一致する場合（換言すると、パケット遅延揺らぎ誤差が０になる場合）だけでなく、双方の差分が充分に小さい場合（換言すると、パケット遅延揺らぎ誤差が所定閾値より小さい場合）も、|ΔTab|と|ΔTba|とが一致したとみなしてもよい。
　以上説明した本実施形態では、事前に把握した第１GM時刻品質と、事前に測定したリンク非対称性誤差とをもとに、品質計算装置５が第２GM時刻品質を求める。ここで、品質計算装置５は、両方向の時刻差分の絶対値が等しくなる（|ΔTab|＝|ΔTba|となる）まで測定を行う。
　これにより、パケット遅延揺らぎ誤差の影響が小さいタイミングを利用して、品質計算装置５は、第２GM時刻品質を高精度に計算することができる。さらに、品質計算装置５は、求めた第２GM時刻品質と所定閾値との比較により、所定閾値を超過した第２GM時刻品質となった時点で異常検知が可能となる。よって、異常検知時には、迅速に保守手順を実行させることができる。
　なお、本実施形態においては、時刻品質監視システムとして、図１に示すような片方向で２台のＳＷを通過するような伝送経路を例示した。一方、このようなＳＷの台数に限定されず、任意の台数を扱ってもよい。
　また、本実施形態においては、一般的なコンピュータのハードウェア資源を、時刻比較装置、品質計算装置５の各手段として動作させるプログラムによって実現することができる。そして、このプログラムは、通信回線を介して配布したり、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に記録して配布したりすることも可能である。
　１　　　プライマリ網
　２　　　時刻伝送網
　３　　　セカンダリ網
　５　　　品質計算装置（品質計算部）
　９　　　UTC装置
　１０　　第１GM（第１グランドマスタ）
　１１　　時刻補正部
　１２　　第１PTP処理部（第１時刻同期部）
　２０　　第１TC（時刻比較装置）
　２１　　第１PTP処理部（第１時刻同期部）
　２２　　第２PTP処理部（第２時刻同期部）
　２３　　時刻比較部
　３０　　第２GM（第２グランドマスタ）
　３１　　第２PTP処理部（第２時刻同期部）
　４０　　第２TC（時刻比較装置）
　４１　　第１PTP処理部（第１時刻同期部）
　４２　　第２PTP処理部（第２時刻同期部）
　４３　　時刻比較部
　８１　　GPS衛星
　８２　　GMノード
　８２ａ　アンテナ
　８３，８４　ＢＣノード
　８５　　ＯＣノード
　８６　　エンド端末
　９１　　マスタノード
　９２　　スレーブノード

Claims (3)

  1. 　時刻伝送網の対向側に位置する第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して、前記時刻伝送網の自装置側に位置する第２グランドマスタの時刻品質を監視する時刻比較装置であって、
    　前記第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第１グランドマスタから第１時刻情報の同期を受ける第１時刻同期部と、
    　前記第２グランドマスタから前記時刻伝送網を経由せずに前記時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第２グランドマスタから第２時刻情報の同期を受ける第２時刻同期部と、
    　前記第１時刻情報と前記第２時刻情報とを比較することにより、時刻差分情報を計算する時刻比較部と、
    　自装置側の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報と、対向側の前記時刻比較装置の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報とが一致するまで前記時刻差分情報を測定させるとともに、双方の前記時刻差分情報が一致するタイミングでの前記時刻伝送網の伝送時刻誤差と、前記第１グランドマスタの前記時刻品質とをもとに、前記第２グランドマスタの前記時刻品質を求める品質計算部とを有することを特徴とする
    　時刻比較装置。
  2. 　前記時刻比較部は、所定期間内に前記時刻差分情報を複数回測定し、
    　前記品質計算部は、複数回測定した前記時刻差分情報の統計値が双方の前記時刻差分情報で一致するときに、前記第２グランドマスタの前記時刻品質を求めることを特徴とする
    　請求項１に記載の時刻比較装置。
  3. 　時刻伝送網の対向側に位置する第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して、前記時刻伝送網の自装置側に位置する第２グランドマスタの時刻品質を監視する時刻比較装置は、第１時刻同期部と、第２時刻同期部と、時刻比較部と、品質計算部とを有しており、
    　前記第１時刻同期部は、前記第１グランドマスタから前記時刻伝送網を経由して時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第１グランドマスタから第１時刻情報の同期を受け、
    　前記第２時刻同期部は、前記第２グランドマスタから前記時刻伝送網を経由せずに前記時刻同期用パケットを送受信することにより、前記第２グランドマスタから第２時刻情報の同期を受け、
    　前記時刻比較部は、前記第１時刻情報と前記第２時刻情報とを比較することにより、時刻差分情報を計算し、
    　前記品質計算部は、自装置側の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報と、対向側の前記時刻比較装置の前記時刻比較部が求めた前記時刻差分情報とが一致するまで前記時刻差分情報を測定させるとともに、双方の前記時刻差分情報が一致するタイミングでの前記時刻伝送網の伝送時刻誤差と、前記第１グランドマスタの前記時刻品質とをもとに、前記第２グランドマスタの前記時刻品質を求めることを特徴とする
    　時刻品質監視方法。
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NOKIA ET AL.: "TSN Time Synchronization", 3GPP TSG SA WG2 #129 S2-1811437, 22 October 2018 (2018-10-22), XP051540240 *

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