WO2020166484A1

WO2020166484A1 - 伝送装置、時刻伝送システム、および、遅延補正方法

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Publication number: WO2020166484A1
Application number: PCT/JP2020/004617
Authority: WO
Inventors: 雅弘中川; 薫新井; 大樹佐久間; 俊一坪井
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-08-20
Also published as: JP2020136780A; US20220294549A1; US11855760B2; JP7302192B2

Abstract

【課題】リンク非対称性により発生する時刻同期の誤差を補正することで、オフセット値の精度を向上させること。【解決手段】マスタノード３側に接続される第１伝送装置１と、第１伝送装置１に対向しスレーブノード４側に接続される第２伝送装置２を経由して、マスタノード３とスレーブノード４との間でPTPパケットが送受信される。第２伝送装置２は、複数波長分のPTPパケットを同時に対向の伝送装置に送信する送信部１６と、対向の伝送装置から受信した複数波長分のPTPパケットの到着した時刻の差をもとに、対向の伝送装置から自装置までの伝搬遅延Dmsを求め、その伝搬遅延Dmsをスレーブノード４の時刻を同期する処理における補正用パラメータとして、スレーブノード４に通知する受信部１７とを有することを特徴とする。

Description

伝送装置、時刻伝送システム、および、遅延補正方法

　本発明は、伝送装置、時刻伝送システム、および、遅延補正方法に関する。

　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、時刻基準装置である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。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、時刻の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１）。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、経済的かつ高精度に時刻情報を伝達することができる。

　図１８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８２ｚと、ＢＣ（Boundary Clock）ノード８３ｚ，８４ｚと、ＯＣ（Ordinary Clock）ノード８５ｚ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９１ｚ（図１９）とし、マスタノード９１ｚ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９２ｚ（図１９）とする。以下、時刻情報の伝搬の順序を図１８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８２ｚ→ＢＣノード８３ｚ→ＢＣノード８４ｚ→ＯＣノード８５ｚの順に正確な時刻情報が下りに伝搬される。

　ＧＭノード８２ｚは、GPS衛星８１ｚ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８３ｚは、マスタノード９１ｚであるＧＭノード８２ｚから時刻情報を受けるスレーブノード９２ｚであり、その後にＢＣノード８４ｚに時刻情報を提供するマスタノード９１ｚとして機能する。
　ＢＣノード８４ｚは、ＢＣノード８３ｚから時刻情報を受けるスレーブノード９２ｚであり、その後にＯＣノード８５ｚに時刻情報を提供するマスタノード９１ｚとして機能する。
　ＯＣノード８５ｚは、ＢＣノード８４ｚから時刻情報を受けるスレーブノード９２ｚであり、その後にエンド端末８６ｚに時刻情報を提供する。
　なお、ＢＣノード８３ｚ，８４ｚとＯＣノード８５ｚとの呼び方の違いは、他ＰＴＰノードへの接続ポートがＢＣノード８３ｚ，８４ｚには複数本存在し、ＯＣノード８５ｚには１本だけ存在することによる。

　図１９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９１ｚ～スレーブノード９２ｚ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（Ｓ１１ｚ）と、下りのFollow-upメッセージ（Ｓ１２ｚ）と、上りのDelay_Requestメッセージ（Ｓ１３ｚ）と、下りのDelay_Responseメッセージ（Ｓ１４ｚ）とが順番に送受信される。
　発時刻t1は、Syncメッセージ（Ｓ１１ｚ）がマスタノード９１ｚ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９２ｚ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９２ｚ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９２ｚ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９１ｚ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９２ｚに通知される。
　これにより、スレーブノード９２ｚ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９１ｚ→スレーブノード９２ｚ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９１ｚ側の時計に対するスレーブノード９２ｚ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９２ｚ→マスタノード９１ｚ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９２ｚ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９２ｚ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９１ｚの時計とスレーブノード９２ｚの時計とが同期（時刻一致）される。

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,Revision of IEEE Std 1588-2002、2008年7月24日

　PTPは、PTPパケットの伝送経路について、上り下りの遅延が等しいことを前提としたプロトコルである。よって、リンク非対称性（上り下りの遅延差）が発生する場合には、時刻同期精度に誤差が生じる。以下、リンク非対称性の要因を例示する。
　（ａ）伝送経路途中の装置内遅延は、例えば、パケット処理によるバッファリングやフレーム処理による変動可能性がある遅延である。
　（ｂ）伝送路の遅延は、例えば、光路長1mの差で5ns遅延する（5ns／m）など二芯双方向通信時のファイバ長差の遅延や、伝送路の温度変動による変動可能性がある遅延である。なお、地理的に離れた拠点間の時刻誤差は、局内配線の光路長差に比例して大きくなる。
　このようなリンク非対称性が発生する場合、（数式１）をそのまま用いてしまうと、オフセット値の精度が低くなってしまう。

　そこで、本発明は、リンク非対称性により発生する時刻同期の誤差を補正することで、オフセット値の精度を向上させることを、主な課題とする。

　前記課題を解決するために、本発明の伝送装置は、以下の特徴を有する。
　本発明は、第１時刻同期装置側に接続される第１伝送装置と、前記第１伝送装置に対向し第２時刻同期装置側に接続される第２伝送装置を経由して、前記第１時刻同期装置と前記第２時刻同期装置との間で時刻同期用パケットを送受信し、その送受信の時刻情報をもとに前記第２時刻同期装置の時刻を同期する時刻伝送システムに用いられる伝送装置であって、
　前記第１伝送装置および前記第２伝送装置としてそれぞれ動作する伝送装置が、
　複数波長分の前記時刻同期用パケットを同時に対向の伝送装置に送信する送信部と、
　前記対向の伝送装置から受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットを受信する受信部とを有しており、
　前記受信部が、受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットの到着した時刻の差をもとに、前記対向の伝送装置から自装置までの伝搬遅延を測定し、その伝搬遅延を前記第２時刻同期装置の時刻を同期する処理における補正用パラメータとして、前記第２時刻同期装置に通知することを特徴とする。

　これにより、時刻同期装置間のリンク非対称性に影響される時刻同期用パケットの発時刻および着時刻を用いても、その誤差を補正することで、高精度な時刻同期を実現することができる。その補正用パラメータとして、第１伝送装置と第２伝送装置との間で高精度に測定した伝搬遅延を用いる。

　本発明は、前記伝送装置と、前記第１時刻同期装置と、前記第２時刻同期装置とを含めて構成される時刻伝送システムであって、
　前記第２時刻同期装置が、前記時刻同期用パケットの時刻同期装置間における発時刻および着時刻、ならびに、前記第１伝送装置および前記第２伝送装置からそれぞれ通知された補正用パラメータを用いて前記第２時刻同期装置の時計のずれであるオフセット値を計算することを特徴とする。

　これにより、リンク非対称性が補正用パラメータで解消されることで、高精度なオフセット値をもとにした時刻同期を実現することができる。

　本発明によれば、リンク非対称性により発生する時刻同期の誤差を補正することで、オフセット値の精度を向上させることができる。

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。本実施形態に係わる図１の時刻伝送システムに対して、リンク非対称性により発生する時刻同期の誤差を補正する場合の構成図である。本実施形態に係わる第１伝送装置の構成図である。本実施形態に係わる第２伝送装置の構成図である。本実施形態に係わる両側の同期用モジュールで計算した伝搬遅延をスレーブノードに通知する経路を示す構成図である。本実施形態に係わる片側の同期用モジュールで計算した伝搬遅延をスレーブノードに通知する経路を示す構成図である。本実施形態に係わる第１同期用モジュール、第２同期用モジュールの構成図である。本実施形態に係わる第１同期用モジュールと、第２同期用モジュールとを別々の構成としたときの構成図である。本実施形態に係わる同期用モジュール間で伝搬遅延を測定する処理を示す説明図である。本実施形態に係わる時刻同期の全体処理を示すシーケンス図である。本実施形態に係わるＳ１２の送信側処理の詳細を示すシーケンス図である。本実施形態に係わるＳ１３の受信側処理の詳細を示すシーケンス図である。本実施形態に係わる両側の伝搬遅延をスレーブノードに通知する変形例を示す構成図である。本実施形態に係わる両側の伝搬遅延をスレーブノードに通知する変形例を示す構成図である。本実施形態に係わる片側の伝搬遅延をスレーブノードに通知する変形例を示す構成図である。本実施形態に係わる片側の伝搬遅延をスレーブノードに通知する変形例を示す構成図である。本実施形態に係わる片側の伝搬遅延をスレーブノードに通知する変形例を示す構成図である。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。

　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。
　本実施形態の時刻伝送システムでは、時刻同期装置としてのマスタノード（第１時刻同期装置）３とスレーブノード（第２時刻同期装置）４との間でPTPパケット（時刻同期用パケット）を送受信することで、スレーブノード４の時刻同期処理を行う。
　そして、PTPパケットを中継するための伝送装置として、第１伝送装置１と、第２伝送装置２とを互いに対向するように設ける。直接接続されるマスタノード３と第１伝送装置１とが組となり、直接接続されるスレーブノード４と第２伝送装置２とが組となる。これらの伝送装置は、パケットの中継機能に加えて、マスタノード３とスレーブノード４との間のリンク非対称性を測定する機能（詳細は図９）を有している。

　時刻伝送システムは、マスタノード３→第１伝送装置１→第２伝送装置２→スレーブノード４の経路で下りのSyncメッセージ（図１９ではＳ１１ｚ）を伝送し、その逆の経路で上りのDelay_Requestメッセージ（図１９ではＳ１３ｚ）を伝送する。
　マスタノード３→スレーブノード４の伝搬遅延の主成分である第１伝送装置１→第２伝送装置２の間に発生する片方向の伝搬遅延を、以下では「Dms」（第１伝搬遅延）とする。
　スレーブノード４→マスタノード３の伝搬遅延の主成分である第２伝送装置２→第１伝送装置１の間に発生する片方向の伝搬遅延を、以下では「Dsm」（第２伝搬遅延）とする。
　なお、伝搬遅延Dmsの「ms」はmaster→slaveの方向を示し、伝搬遅延Dsmの「sm」はslave→masterの方向を示す。このとき、｜伝搬遅延Dms－伝搬遅延Dsm｜＞０なら時刻同期装置間のリンク非対称性が存在し、その要因は伝送経路途中の装置（第１伝送装置１、第２伝送装置２）内遅延と、伝送路の遅延との和である。

　なお、時刻伝送システムに対して、以下に示す構成を採用することにより、伝送装置間の非対称性と、時刻同期装置間の非対称性とがほぼ等しくなる。
　・マスタノード３、第１伝送装置１間の配線と、第２伝送装置２、スレーブノード４間の配線とが上り下りで等長配線である構成。例えば、装置間の配線を同じビル内に収容するなど、互いに近くに配置することが望ましい。
　・第１同期用モジュール１０をマスタノード３の内部に組み込み、第２同期用モジュール２０をスレーブノード４の内部に組み込む構成。

　図２は、図１の時刻伝送システムに対して、リンク非対称性により発生する時刻同期の誤差を補正する場合の構成図である。
　第２伝送装置２は、下りのPTPパケットがマスタノード３から自装置に到着するまでの伝搬遅延Dmsを算出し、その伝搬遅延Dmsを監視制御装置５に通知する。
　第１伝送装置１も、上りのPTPパケットがスレーブノード４から自装置に到着するまでの伝搬遅延Dsmを算出し、その伝搬遅延Dsmを監視制御装置５に通知する。
　監視制御装置５は、通知された伝搬遅延Dms、Dsm（遅延量）をスレーブノード４に通知することで、スレーブノード４がオフセットを求めるときの補正パラメータとして使用させる。

　これにより、上り下りの両方向の遅延が等しくないリンク非対称性が存在する状況でも、そのリンク非対称性がオフセットの計算に反映されることで、求まるオフセットの精度を向上させる。
　例えば、同じ経路のPTPパケットでも、送信するタイミングにおけるネットワークの混雑状況により、同じ方向の通信でも遅延量がばらついてしまう。しかし、この遅延のばらつきもオフセットを求めるときの補正パラメータとすることで、リンク非対称性の大きさが求まるオフセットの精度に影響されないようにすることができ、地理的に離れた拠点間の高精度な時刻同期が可能になる。

　図３は、第１伝送装置１の構成図である。第１伝送装置１は、光信号を中継するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術を適用した装置として構成される。第１伝送装置１は、基本的なパケット伝送部として、ＴＲＰＮ（Transponder）９１と、ＭＵＸ（multiplexer）９２と、ＤＥＭＵＸ（demultiplexer）９３と、ＯＸＣ（Optical Cross Connect）９４と、ＡＭＰ（Amplifier）９５，９６と、ＯＳＣ（Optical Supervisory Channel）９７とを有する。
　これらの基本的なパケット伝送部は、第１伝送装置１内に１度導入した後には、基本的には交換しなくてもよい部品である。例外として、通信需要が急増したり、部品が故障したりする場合は交換または追加配備が必要となる。

　さらに、第１伝送装置１は、PTPパケットを用いて伝搬遅延Dms、Dsmを測定するための処理部として、第１同期用モジュール１０を有する。第１同期用モジュール１０は、接続先のマスタノード３との間でPTPパケットを送受信する。つまり、第１伝送装置１は、基本的なパケット伝送部に修正を加えること無く、独立した別部品として第１同期用モジュール１０を装置内に追加することができる。これにより、図１、図２で説明したリンク非対称性を測定する機能を低コストで追加することができる。

　一方、ＴＲＰＮ９１は、マスタノード３以外の一般的なルータや転送装置と接続し、パケットを送受信する。
　第１同期用モジュール１０およびＴＲＰＮ９１から送信される光信号は、ＭＵＸ９２、ＯＸＣ９４、ＡＭＰ９５、ＯＳＣ９７を経由して、光ネットワークへと出力される。なお、ＯＳＣ９７では、伝送路の監視や装置の制御が行われる。
　光ネットワークから受信した光信号は、ＯＳＣ９７、ＡＭＰ９６、ＯＸＣ９４、ＭＵＸ９２、ＤＥＭＵＸ９３を経由して、第１同期用モジュール１０およびＴＲＰＮ９１へと通知される。

　図４は、第２伝送装置２の構成図である。第２伝送装置２も第１伝送装置１と同様に、基本的なパケット伝送部として、ＴＲＰＮ９１と、ＭＵＸ９２と、ＤＥＭＵＸ９３と、ＯＸＣ９４と、ＡＭＰ９５，９６と、ＯＳＣ９７とを有する。基本的なパケット伝送部の機能は、第１伝送装置１も第２伝送装置２も同じであるので、図４では説明を省略する。
　そして、第２伝送装置２は、PTPパケットを用いて伝搬遅延Dms、Dsmを測定するための処理部として、第２同期用モジュール２０を有する。第２同期用モジュール２０は、接続先のスレーブノード４との間でPTPパケットを送受信する。

　図５は、両側の同期用モジュールで計算した伝搬遅延をスレーブノード４に通知する経路を示す構成図である。
　図２では、監視制御装置５が伝搬遅延Dms、Dsmをスレーブノード４に中継するとして説明した。一方、図５では、１台の監視制御装置５が有する機能を、伝送制御装置５１と、統合監視装置５２と、同期制御装置５３とに分けて説明する。
　伝送制御装置５１は、各伝送装置（第１伝送装置１、第２伝送装置２）を管理する。同期制御装置５３は、各時刻同期装置（マスタノード３、スレーブノード４）を管理する。
　第１伝送装置１は、収容される伝送制御装置５１に対して自身の測定結果である伝搬遅延Dsmを通知するための監視部１８を有する。第２伝送装置２も、収容される伝送制御装置５１に対して自身の測定結果である伝搬遅延Dmsを通知するための監視部２８を有する。

　統合監視装置５２は、伝送制御装置５１から通知された伝搬遅延Dms、Dsmを保持するとともに、その伝搬遅延Dms、Dsmを同期制御装置５３が収容するスレーブノード４に提供する。
　これにより、スレーブノード４は、伝搬遅延Dms、Dsmを補正用パラメータとして取得できる。なお、伝送制御装置５１および伝送装置、ならびに、同期制御装置５３および時刻同期装置は、それぞれ１つの装置として統合したり、同じビル内などの互いに近い距離に配置することが、補正までの所要時間を短縮できるので望ましい。

　図６は、片側の同期用モジュール（第２伝送装置２）で計算した伝搬遅延Dmsをスレーブノード４に通知する経路を示す構成図である。補正用パラメータとして片側の伝搬遅延Dmsだけ求めればよいときには、図６に示したように、第２伝送装置２で計算した伝搬遅延Dmsだけをスレーブノード４に通知するように、図５の構成を簡略化できる。

　図７は、第１同期用モジュール１０、第２同期用モジュール２０の構成図である。図５で示した両側の伝搬遅延を測定するため、これらの両モジュールは共通の構成である。
　両モジュールの構成要素の一部である制御部は、それぞれCPU（Central Processing Unit）と、メモリと、ハードディスク、不揮発メモリ、SSD（solid state drive）などで例示される記憶手段（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してもよい。
　制御部のコンピュータは、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、各処理部を動作させる。
　さらに、O/E・E/O部１１、可変波長トランスミッタ１６４、カプラ１７１、光受信部１７５はそれぞれ個別のハード（ハードウェア）として構成される。また、PHY部１２、MAC部１３は、LSI（Large Scale Integration）として構成される。

　第１同期用モジュール１０、第２同期用モジュール２０は、それぞれPTPパケットの送信を行う送信部１６と、PTPパケットの受信を行う受信部１７と、その他の共通部１９とを有する。共通部１９は、O/E・E/O（Optical／Electronic・Electronic／Optical signal converter）部１１と、PHY（physical layer：物理層）部１２と、MAC（Medium Access Control）部１３と、クロックタイマ１４と、環境情報管理部１５とを有する。
　クロックタイマ１４は、第１同期用モジュール１０内の任意の機能部間の同期動作を担保するために、周波数・タイミングを供給する。
　環境情報管理部１５は、波長分散係数、温度の情報を管理する。

　送信部１６は、キュー部１６２と、トリガ付与部１６３と、可変波長トランスミッタ１６４とが２波長（２波長）分用意され、その各系統に対して同じパケットをコピーして入力するためのコピー部１６１も備えられている。
　コピー部１６１は、PTPパケットを２波長にコピーする。
　キュー部１６２は、これから送信するPTPパケットを格納する。
　トリガ付与部１６３は、時間差検出部１７２の到着時間差を検出用のトリガを、これから送信するPTPパケットに付与する。トリガとは、例えば、Ethernet（登録商標）のプリアンブルのような、測定対象のタイミングを認識できるような特定の信号パターン（「101010…11」など）として実装される。または、パケット内の特定フィールドの特定値として、トリガを埋め込んでもよい。
　２波長それぞれの可変波長トランスミッタ１６４は、送信するPTPパケット、独自パケットを他方の可変波長トランスミッタ１６４とは異なる波長の光信号に変換する。そして、２波長それぞれの可変波長トランスミッタ１６４は、変換した光信号を他方の可変波長トランスミッタ１６４と同時に送信する。なお、２波長を例示したが、３波長以上の光信号を３つ以上の可変波長トランスミッタ１６４が同時に送信してもよい。

　受信部１７は、カプラ１７１と、時間差検出部１７２と、遅延演算部１７３と、遅延管理部１７４と、光受信部１７５と、セレクタ１７６とを有する。
　カプラ１７１は、可変波長トランスミッタ１６４から送信された２波長以上の光信号を受信し、時間差検出部１７２と、光受信部１７５とに出力する。
　時間差検出部１７２は、２波長以上の光信号における、第１同期用モジュール１０、第２同期用モジュール２０間の到着時間差△tを検出する（詳細は図９）。なお、時間差検出部１７２は、例えばオシロスコープに具備されている機能群を用いることによって実現できる。
　遅延演算部１７３は、到着時間差△tから伝搬遅延Dms、Dsmを算出する（詳細は図９）。

　遅延管理部１７４は、遅延演算部１７３で算出された伝搬遅延Dms、Dsmを保持し、その時変動を監視する。そして、遅延管理部１７４は、保持する伝搬遅延Dms、Dsmを監視部１８，２８から監視制御装置５に通知する。
　光受信部１７５は、カプラ１７１からの光信号を電気信号に変換する。この変換時に分散補償などの処理を行ってもよい。
　セレクタ１７６は、２波長分のパケット（電気信号）のうちの一方（例えば到着が早いパケット）を選択して共通部１９に出力する。

　図８は、PTPパケット送信側の第１同期用モジュール１０と、受信側の第２同期用モジュール２０とを別々の構成としたときの構成図である。図６で示した片側の通知経路の簡略構成に対応して、図７の第１同期用モジュール１０からは受信部１７を省略し、図７の第２同期用モジュール２０からは送信部１６を省略できる。その他の各部品は、図７で説明した通りである。

　図９は、同期用モジュール間で伝搬遅延を測定する処理を示す説明図である。
　第１同期用モジュール１０から第２同期用モジュール２０までの下りの伝送路の距離をLmsとし、第２同期用モジュール２０から第１同期用モジュール１０までの上りの伝送路の距離をLsmとする。
　ファイバの波長分散係数C[ps/nm/km]は既知とし、Lms,Lsmは未知とする。また、図９では図示を省略したが、各同期用モジュールと時刻同期装置（マスタノード３、スレーブノード４）との間のファイバペアは等長とする。さらに、同期用モジュールと、図３，図４で示したＭＵＸ９２／ＤＥＭＵＸ９３との間のファイバ群も等長とする。

　第１同期用モジュール１０の可変波長トランスミッタ１６４は、２波長（波長の差：△λ[nm]）の光信号を伝送路に同時に入力する（符号３０１）。この符号３０１では、太線の光信号と、細線の光信号とは波長が異なる。そして、２波長が伝搬する伝送路では、分散などの影響により第２同期用モジュール２０への到着タイミングがズレる。
　第２同期用モジュール２０の時間差検出部１７２は、２波長以上の光信号の到着時間差（△t12[ps]）を検出する（符号３０２）。
　第２同期用モジュール２０の遅延演算部１７３は、「△t12＝C×△λ×L12」の関係式を用いて、L12を算出する。そして、遅延演算部１７３は、「Dms＝5000[ns/km]×L12[km](×温度補正)」の関係式を用いて、伝搬遅延Dmsを算出する。

　以上、第１同期用モジュール１０から第２同期用モジュール２０に通知される２波長の光信号をもとに、伝搬遅延Dmsを算出する処理の詳細を説明した。
　同様にして、逆方向の第２同期用モジュール２０から同時に送信される２波長の光信号（符号３１１）をもとに、第１同期用モジュール１０が２波長の光信号の到着時間差（△t21[ps]）を検出して（符号３１２）、伝搬遅延Dsmを算出する。

　図１０は、時刻同期の全体処理を示すシーケンス図である。このシーケンス図は大きく３つの処理ブロックに分類される。
　（１）下りのPTPパケットをマスタノード３からスレーブノード４に送信するとともに、そのPTPパケットに発生した伝搬遅延Dmsを第２伝送装置２が測定する処理（Ｓ１０＝詳細はＳ１１～Ｓ１５）。
　（２）上りのPTPパケットをスレーブノード４からマスタノード３に送信するとともに、そのPTPパケットに発生した伝搬遅延Dsmを第１伝送装置１が測定する処理（Ｓ２０＝詳細はＳ２１～Ｓ２５）。
　（３）測定された伝搬遅延Dms、Dsmを補正パラメータとして、スレーブノード４が高精度なオフセットを求める処理（Ｓ３０＝詳細はＳ３１，Ｓ３２）。

　まず、（１）下りのPTPパケットの通知処理（Ｓ１０）を説明する。下りのPTPパケットとは、下りのSyncメッセージ（図１９のＳ１１ｚ）または下りのFollow-upメッセージ（Ｓ１２ｚ）である。
　Ｓ１１として、マスタノード３は、下りのPTPパケットをスレーブノード４に向けて送信し、PTPパケットを中継先の第１伝送装置１が受信する。
　Ｓ１２として、第１伝送装置１は、図１１で後記する送信側処理を行い、下りのPTPパケットを第２伝送装置２に転送する。
　Ｓ１３として、第２伝送装置２は、図１２で後記する受信側処理を行うことで、下りのPTPパケットに発生した伝搬遅延Dmsを測定する。
　Ｓ１４として、第２伝送装置２は、下りのPTPパケットをスレーブノード４に転送する。
　Ｓ１５として、第２伝送装置２は、Ｓ１３で測定した伝搬遅延Dmsを監視制御装置５に通知する。

　次に、（２）上りのPTPパケットの通知処理（Ｓ２０）を説明する。上りのPTPパケットとは、上りのDelay_Requestメッセージ（図１９のＳ１３ｚ）である。
　通知処理（Ｓ２０）は、通知処理（Ｓ１０）とPTPパケットの送信方向を反転させ、Ｓ１３で第２伝送装置２が伝搬遅延Dmsを測定する処理を、Ｓ２３で第１伝送装置１が伝搬遅延Dsmを測定する処理に置き換えたものである。
　Ｓ２１として、スレーブノード４は、上りのPTPパケットをマスタノード３に向けて送信し、PTPパケットを中継先の第２伝送装置２が受信する。
　Ｓ２２として、第２伝送装置２は、図１１と同様の送信側処理を行い、上りのPTPパケットを第１伝送装置１に転送する。
　Ｓ２３として、第１伝送装置１は、図１２と同様の受信側処理を行うことで、上りのPTPパケットに発生した伝搬遅延Dsmを測定する。
　Ｓ２４として、第１伝送装置１は、上りのPTPパケットをマスタノード３に転送する。
　Ｓ２５として、第１伝送装置１は、Ｓ２３で測定した伝搬遅延Dsmを監視制御装置５に通知する。

　そして、（３）オフセットを求める処理（Ｓ３０）を説明する。
　Ｓ３１として、監視制御装置５は、図５で示したように、各伝送装置から通知された伝搬遅延Dms、Dsmをスレーブノード４に転送する。
　Ｓ３２として、スレーブノード４は、自身の時計について、時刻同期の補正処理を行う。具体的には、スレーブノード４は、以下の数式２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＋（伝搬遅延Dsm－伝搬遅延Dms）／２　　…（数式２）
　この数式２は、前記の数式１に対して時刻同期の補正するための第２項（伝搬遅延の項）が追加されている。

　Ｓ３２の別の例として、スレーブノード４は、スレーブ側の着時刻t2を、マスタ側の発時刻t1に、高精度に求めた伝搬遅延Dmsを加えた値に合わせることにより、スレーブ側の時刻をマスタ側の時刻と同期させることができる。これにより、図６で示したように、片側の伝搬遅延Dmsだけを用いる場合にも対応できる。

　以上、図１０を参照して時刻同期の全体処理を説明した、以下、図１１，図１２を参照して、この全体処理の一部である部分処理の詳細を個別に説明する。

　図１１は、Ｓ１２の送信側処理の詳細を示すシーケンス図である。このシーケンスは、第１伝送装置１内の第１同期用モジュール１０によって実行される。
　Ｓ１２１として、共通部１９は、PTPパケット受信時の共通処理（O/E・E/O部１１の処理、PHY部１２の処理、MAC部１３の処理）を行い、その結果をコピー部１６１に出力する。
　Ｓ１２２として、コピー部１６１は、PTPパケットをコピーして、２波長分のキュー部１６２に出力する。
　Ｓ１２３として、キュー部１６２によるバッファリング処理、トリガ付与部１６３によるトリガ付与処理がなされたPTPパケットは、可変波長トランスミッタ１６４に出力される。
　Ｓ１２４として、可変波長トランスミッタ１６４は、２波長分のPTPパケットを光信号に変換し、その光信号を同時に第２同期用モジュール２０に出力する。

　図１２は、Ｓ１３の受信側処理の詳細を示すシーケンス図である。このシーケンスは、第２伝送装置２内の第２同期用モジュール２０によって実行される。
　Ｓ１３１として、カプラ１７１は、２波長分の光信号を時間差検出部１７２、光受信部１７５に分岐して出力する。
　Ｓ１３１ｂとして、光受信部１７５は、受信した光信号をセレクタ１７６に出力する。
　Ｓ１３１ｃとして、セレクタ１７６は、２波長分の光信号から一方のPTPパケットを選択して共通部１９に出力する。
　Ｓ１３１ｄとして、共通部１９は、PTPパケット送信時の各種処理（MAC部１３の処理、PHY部１２の処理、O/E・E/O部１１の処理）を行ってから、Ｓ１４で示したPTPパケットの送信処理を行う。

　Ｓ１３２として、時間差検出部１７２は、トリガ付与部１６３によるトリガをもとに光信号の到着時間差（△t12）を検出し、その結果を遅延演算部１７３に出力する。
　Ｓ１３３として、遅延演算部１７３は、図９で示したように、光信号の到着時間差から伝搬遅延Dmsを算出し、その結果を遅延管理部１７４に出力する。
　Ｓ１３４として、遅延管理部１７４は、Ｓ１３３の伝搬遅延Dmsの情報を保持する。
　Ｓ１３５として、遅延管理部１７４は、以前保持されていた伝搬遅延Dmsから、今回のＳ１３３で保持した伝搬遅延Dmsが更新されたか否かを判定する。更新されていない場合（No）は処理を終了し、更新された場合（Yes）には処理をＳ１３６に進める。
　Ｓ１３６として、遅延管理部１７４は、更新された伝搬遅延Dmsを監視制御装置５に通知する（Ｓ１５）。

　以上説明した本実施形態の時刻伝送システムは、マスタノード３、スレーブノード４間に発生してしまう遅延非対称性（伝搬遅延Dms、Dsm）を中継地点の伝送装置が高精度に測定し、スレーブノード４のオフセットを求める数式２の補正パラメータとして用いることを主な特徴とする。
　そのため、伝送装置に備えられる第１同期用モジュール１０、第２同期用モジュール２０間で２波長分のPTPパケットを同時に送信し、その到着時間差から同期用モジュール間の伝搬遅延Dms、Dsmを高精度に求める構成とした。

　これにより、時刻同期プロトコルであるPTPの誤差要因（遅延非対称性）をオフセットの計算時に補正することができ、地理的に離れた拠点間の高精度な時刻同期が可能になる。

　なお、第１同期用モジュール１０、第２同期用モジュール２０のうちの制御部を動作させるプログラムは、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。

　図１３～図１７において、伝送装置（第１伝送装置１、第２伝送装置２）からスレーブノード４に伝搬遅延Dms、Dsmを送信するさまざまな変形例を例示する。これらの変形例では、監視制御装置５（伝送制御装置５１、統合監視装置５２、同期制御装置５３）を中継せずに、伝送装置からスレーブノード４に伝搬遅延を直接通知するので、通知時間を短縮できる。
　（１）図１３は、伝送装置の監視部１８，２８と、スレーブノード４の監視部４８との間で伝搬遅延Dms、Dsmを送信するパターンである。このパターンでは、監視部１８，２８にIF（インタフェース）が必要である。
　（２）図１４は、第２伝送装置２からスレーブノード４へPTPパケットを介して伝搬遅延Dms、Dsmを送信するパターンである。このパターンでは、PTPパケット内のフィールドに情報を埋め込むとともに、スレーブノード４側に読みだす機能を付与する。
　（３）図１５は、第２伝送装置２の監視部２８と、スレーブノード４の監視部４８との間で伝搬遅延Dmsを送信するパターンである。このパターンでは、監視部２８にIFが必要である。
　（４）図１６，図１７は、第２伝送装置２からスレーブノード４へPTPパケットを介して伝搬遅延Dmsを送信するパターンである。このパターンでは、PTPパケット内のフィールドに情報を埋め込むとともに、スレーブノード４側に読みだす機能を付与する。
　なお、図５に示した両側での遅延演算のバリエーションは、（１）および（２）である。図６に示した片側での遅延演算のバリエーションは、（３）および（４）である。

　１　　　第１伝送装置
　２　　　第２伝送装置
　３　　　マスタノード（第１時刻同期装置）
　４　　　スレーブノード（第２時刻同期装置）
　５　　　監視制御装置
　１０　　第１同期用モジュール
　１１　　O/E・E/O部
　１２　　PHY部
　１３　　MAC部
　１４　　クロックタイマ
　１５　　環境情報管理部
　１６　　送信部
　１７　　受信部
　１８，２８，４８　監視部
　１９　　共通部
　２０　　第２同期用モジュール
　５１　　伝送制御装置
　５２　　統合監視装置
　５３　　同期制御装置
　１６１　コピー部
　１６２　キュー部
　１６３　トリガ付与部
　１６４　可変波長トランスミッタ
　１７１　カプラ
　１７２　時間差検出部
　１７３　遅延演算部
　１７４　遅延管理部
　１７５　光受信部
　１７６　セレクタ

Claims

　第１時刻同期装置側に接続される第１伝送装置と、前記第１伝送装置に対向し第２時刻同期装置側に接続される第２伝送装置を経由して、前記第１時刻同期装置と前記第２時刻同期装置との間で時刻同期用パケットを送受信し、その送受信の時刻情報をもとに前記第２時刻同期装置の時刻を同期する時刻伝送システムに用いられる伝送装置であって、
　前記第１伝送装置および前記第２伝送装置としてそれぞれ動作する伝送装置は、
　複数波長分の前記時刻同期用パケットを同時に対向の伝送装置に送信する送信部と、
　前記対向の伝送装置から受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットを受信する受信部とを有しており、
　前記受信部は、受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットの到着した時刻の差をもとに、前記対向の伝送装置から自装置までの伝搬遅延を測定し、その伝搬遅延を前記第２時刻同期装置の時刻を同期する処理における補正用パラメータとして、前記第２時刻同期装置に通知することを特徴とする
　伝送装置。
　請求項１に記載の伝送装置と、前記第１時刻同期装置と、前記第２時刻同期装置とを含めて構成される時刻伝送システムであって、
　前記第２時刻同期装置は、前記時刻同期用パケットの時刻同期装置間における発時刻および着時刻、ならびに、前記第１伝送装置および前記第２伝送装置からそれぞれ通知された補正用パラメータを用いて前記第２時刻同期装置の時計のずれであるオフセット値を計算することを特徴とする
　時刻伝送システム。
　第１時刻同期装置側に接続される第１伝送装置と、前記第１伝送装置に対向し第２時刻同期装置側に接続される第２伝送装置を経由して、前記第１時刻同期装置と前記第２時刻同期装置との間で時刻同期用パケットを送受信し、その送受信の時刻情報をもとに前記第２時刻同期装置の時刻を同期する時刻伝送システムが実行する遅延補正方法であって、
　前記第１伝送装置および前記第２伝送装置としてそれぞれ動作する伝送装置は、
　複数波長分の前記時刻同期用パケットを同時に対向の伝送装置に送信する送信部と、
　前記対向の伝送装置から受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットを受信する受信部とを有しており、
　前記受信部は、受信した複数波長分の前記時刻同期用パケットの到着した時刻の差をもとに、前記対向の伝送装置から自装置までの伝搬遅延を測定し、その伝搬遅延を前記第２時刻同期装置の時刻を同期する処理における補正用パラメータとして、前記第２時刻同期装置に通知することを特徴とする
　遅延補正方法。