WO2022180851A1 - 時刻同期方法、時刻同期プログラムおよび時刻同期システム - Google Patents

時刻同期方法、時刻同期プログラムおよび時刻同期システム Download PDF

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WO2022180851A1
WO2022180851A1 PCT/JP2021/007564 JP2021007564W WO2022180851A1 WO 2022180851 A1 WO2022180851 A1 WO 2022180851A1 JP 2021007564 W JP2021007564 W JP 2021007564W WO 2022180851 A1 WO2022180851 A1 WO 2022180851A1
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WO
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time
time information
network
node
devices
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PCT/JP2021/007564
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English (en)
French (fr)
Inventor
英作 大西
泰伯 山崎
弘賢 尾野
Original Assignee
株式会社アイ・エル・シー
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]

Definitions

  • the present invention relates to a time synchronization method, a time synchronization program, and a time synchronization system for time synchronization of different devices.
  • Ethernet TSN Time-Sensitive Networking
  • Ethernet registered trademark
  • ECHONET Electronic Capital Conservation and Homecare Network
  • in-vehicle devices that are mounted on vehicles and connected to CAN (Controller Area Network)
  • CAN Controller Area Network
  • PCs and servers that are connected to Ethernet
  • household electrical appliances factory equipment that operates by executing a PLC (Programmable Logic Controller) control program, and the like.
  • Patent Documents 1 and 2 below as technologies related to time synchronization via a network.
  • NTP Network Time Protocol
  • clock synchronization is performed by counting the frequency clock and determining whether or not to use the reference time for correcting the time information. stabilize.
  • home appliances and the like are time-synchronized from an external communication network using a home appliance time synchronization protocol according to the ECHONET standard.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of Problem 1 of the conventional technology.
  • FIG. 10 shows a configuration example in which devices B to H are connected to a time server A via a network such as Ethernet.
  • time server A fails as shown in FIG.
  • the devices B to H that are no longer connected to the time server A due to network disconnection or the like cannot synchronize their time.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of Problem 2 of the conventional technology.
  • many networks include not only Ethernet but also slow networks such as CAN.
  • FIG. 11 shows that the devices B, C, and D are connected to the time server A via fast connections such as Ethernet, but the devices E to G are slow connections.
  • the mixed communication methods on the network for example, the Ethernet-connected device and the CAN-connected device use different communication methods, and time synchronization cannot be easily performed.
  • device E is connected to device B, and devices E to H are not directly connected to time server A.
  • device group GP devices B to D
  • devices E to H are not directly connected to the time server A.
  • a time synchronization method of the present invention is a time synchronization method for synchronizing time between a plurality of devices connected to a network, wherein a device as a transmission source is connected for communication via the network. time information including the accuracy of its own clock is transmitted to each of the received destination devices, and the destination device transmits the time information with the highest accuracy of the clock among the plurality of received time information. Selecting the transmission source device, correcting the time based on the time information transmitted by the selected transmission source device, and repeatedly performing processing between devices capable of communicating within the network. .
  • the transmission source device transmits a packet containing the time information in a packet for data transmission to the transmission destination device.
  • the source device is characterized by storing the time information in the header of the packet and transmitting the packet.
  • the transmission source device includes the time information in a packet of data to the transmission destination device and transmits the data packet to the transmission destination device at the transmission timing of the time information, and does not transmit data to the transmission destination device for a certain period of time. In this case, a packet for the time information is generated and transmitted.
  • the network includes a plurality of different communication methods, and the time is synchronized by data communication between the devices using communication methods that allow communication with each other.
  • the network includes in-vehicle communication, and is characterized by synchronizing the time between the devices inside the vehicle, the devices outside the vehicle, and the devices inside the vehicle.
  • the transmission source device sends a request containing the accuracy of the clock, the transmission time of the time information, and the expected arrival time from when the time information is transmitted to when it is received by the transmission destination device.
  • Time information is transmitted, and the transmission destination device calculates the difference between the time of the own clock when receiving the time information transmitted by the selected transmission source device and the expected arrival time. and correcting the time of the clock of the own device based on the difference, and transmitting the time information of the response to the time information of the request to the device of the transmission source, wherein the time information of the response is the time information of the request. and the transmission time of the time information of the response, and the transmission source device receives the time information of the response, and the expected arrival time is updated and held, and the time information is repeatedly transmitted to the communicable transmission destination device.
  • a time synchronization program of the present invention is a time synchronization program for synchronizing the time between a plurality of devices connected to a network, wherein a device of a transmission source is connected to a destination device connected for communication via the network.
  • Said transmission source device which causes each device to transmit time information including the precision of its own clock, and which transmits, to said transmission destination device, the time information with the highest accuracy of said clock out of said plurality of pieces of said time information received. is selected, and the process of correcting the time based on the time information transmitted by the selected transmission source device is repeatedly performed between the devices capable of communicating within the network.
  • the time synchronization system of the present invention is a time synchronization system for synchronizing the time between a plurality of devices connected to a network, wherein the device of the transmission source is the destination of the transmission connected via the network. It has a control unit that transmits time information including the accuracy of its own clock to each device, and the transmission destination device has transmitted the time information with the highest accuracy of the clock among the plurality of received time information.
  • a control unit that selects the transmission source device and adjusts the time based on the time information transmitted by the selected transmission source device, and repeatedly performs processing between devices that can communicate within the network. characterized by
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a time synchronization system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of node connection in the time synchronization system according to the embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a functional example of the time synchronization system according to the embodiment
  • FIG. 4 is a diagram of a hardware configuration example of a node according to the embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of control processing of the time synchronization system according to the embodiment
  • FIG. 6 is a diagram showing exchange of time information used in the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of variation due to existing time correction technology.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a time synchronization system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of node connection in the time synchronization system according to the embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a functional example of the time synchronization system according to the embodiment
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a convergence state of time variations due to time synchronization according to the embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram showing an example of control between existing devices.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating an example of control between devices based on existing time synchronization.
  • 9C is a diagram illustrating an example of control between devices by time synchronization according to the embodiment;
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of Problem 1 of the prior art.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of Problem 2 of the prior art.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a time synchronization system according to an embodiment. As shown in FIG. 1, a plurality of devices 100 for time synchronization are connected for communication with each other via various networks.
  • the smartphone 100a is communicatively connected to the PC 100b via the Internet 111.
  • PC 100b is communicatively connected to control board 100c via Ethernet 112a.
  • PC 100b is communicatively connected to control board 100d via Ethernet 112b.
  • Control board 100d is communicatively connected to control board 100c via Ethernet 112c.
  • the control board 100c is communicatively connected to the control board 100e via the CAN 113.
  • the control board 100 e is communicatively connected to the control board 100 f by serial communication 114 .
  • the PC 100b and the control boards 100c and 100d perform time synchronization on Ethernet based on the IEEE802.1AS communication standard, for example.
  • the time server described in the prior art there is no need to arrange the time server described in the prior art on the system.
  • a specific device for example, a device that can be communicatively connected to the time server such as the PC 100b may be arranged on the system.
  • the time synchronization system of the embodiment has the following features. 1. No time server required. 2. There is no need to obtain the standard time from a time server or the like. 3. Synchronization of time (synchronization of time) is possible even when different communication methods are mixed in the system, or even in a network in which the devices 100 are not directly connected to each other for communication. 4. Time synchronization can be maintained even when the device 100 in the network fails and is lost, or when a new device 100 is connected to the network.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of node connection in the time synchronization system according to the embodiment.
  • the plurality of devices 100 are indicated by nodes AH.
  • the time synchronization system of the embodiment has the following configurations.
  • the solid line indicates a connection with a communication speed higher than a predetermined speed
  • the dotted line indicates a connection with a communication speed lower than the predetermined speed.
  • Each node A to H (equipment 100) on the network sends time information to the other party when normally exchanging data with the other party.
  • the time information includes the following information a to c. a: Own time (node time) b: Accuracy of the clock you own (node accuracy) c: Time (considering transmission delay) when (data) arrives at the other party (estimated time of arrival)
  • the precision of the clock is, for example, the clock precision possessed by the node.
  • the packet when the own node sends a packet without data to the partner node is a time-only packet.
  • each of the nodes A to H can acquire the time information sent from the nodes A to H of the communication-connected partner without actively going to get the time.
  • a node whose power has just been turned on and whose time has not yet been determined receives one or more pieces of time information according to the number of packets sent from other nodes within a certain period of time. to get For example, node E receives packets from each of nodes B, F and H with which it has a direct communication connection.
  • the node E uses the time information of the node B, which has the highest clock accuracy, among the packets received from the nodes B, F, and H as a reference for its own time.
  • Node E returns time information including the elapsed time when the time reaches to node B which has adopted the time information. 4) The node B, which has received the time information, calculates (updates) the time information to be sent to the target node E next time based on the elapsed time from the transmission time of the previously sent packet. This time information is calculated by a method using the estimated arrival time.
  • the node E responds to the node B with time information, and this time information that has responded includes the following d and e.
  • d Transmission time of the time information responded by the destination node E e: Elapsed time from when the transmission source node E receives the time information from the transmission source node B to the transmission time
  • Node E whose time is synchronized can also send time information to nearby nodes B, F, and H connected for communication.
  • the node E receives the time information from the other nodes F, H. can receive. Then, the node E can adjust the time (time synchronization) of its own node E based on the time information received from the other nodes F and H, and can improve resistance to communication failures that occur on unspecified communication paths on the network. Become.
  • node E since the node E synchronizes the time with other nearby nodes B, F, and H, it can synchronize the time even if it does not have a time server on the network. Nodes A to H can be time-synchronized.
  • each of nodes B to H can automatically adopt the time information of the nodes (nodes C to H) with the next accuracy to achieve time synchronization. allows flexible time synchronization that cannot be obtained with Ethernet TSN.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional example of the time synchronization system according to the embodiment.
  • FIG. 3 shows the devices 100 of a pair of source node B and destination node E, which are time-synchronized.
  • the nodes B, F, and H that are communicatively connected to the destination node E are source nodes.
  • the source node B includes a timer 301, a transmission time acquisition unit 302, a time information processing unit 303, and a communication unit 304.
  • a timer 301 counts time information.
  • the transmission time acquisition unit 302 acquires the transmission time for transmitting the time information to the destination node E based on the time information of the timer 301 .
  • the time information processing unit 303 generates time information to be transmitted to the destination node E.
  • the time information includes a: node time, b: clock accuracy, and c: expected arrival time.
  • the expected arrival time can be calculated as an initial value based on the communication speed of the network between the source node B and the destination node E. can be updated to a more accurate value considering
  • the communication unit 304 communicates with the source node B and the destination node E using a communication method compatible with the network.
  • the time information processing unit 303 when the time information processing unit 303 receives a time information response from the destination node E, it updates the estimated arrival time previously transmitted to the destination node E based on this time information.
  • the returned time information consists of d: the transmission time of the time information transmitted by the destination node E, and e: the elapsed time from when the transmission source node B receives the time information from the transmission source node B to the transmission time.
  • the time information processing unit 303 of the source node B updates and retains the expected arrival time included in the time information for the destination node E.
  • the time information processing unit 303 includes the updated arrival time in the time information when transmitting the time information to the destination node E next time.
  • the destination node E includes a communication unit 311, a reception time acquisition unit 312, a time information processing unit 313, and a timer 314.
  • the communication unit 311 performs communication between the destination node E and the source node B using a communication method compatible with the network.
  • the reception time acquisition unit 312 acquires the time information received from the source node B.
  • the time information processing unit 313 acquires from the timer 314 the reception time at which the time information received from the transmission source node B is received.
  • the time information processing unit 313 determines whether or not to adopt the time information received from the transmission source node B based on the "clock accuracy" of the transmission source node B. corrects the time of its own node E according to .
  • the destination node E receives time information from each of the source nodes B, F, and H directly connected for communication. , selects the transmission source node (node B) with the highest accuracy from among the "accuracies of the
  • the time information processing unit 313 corrects the advance/delay of the time measured by the timer 314 in the own node E in order to synchronize the own node E with the time of the transmission source node B. Also, the time information processing unit 313 transmits time information to the transmission source node B.
  • the time information includes the transmission time of this time information and the elapsed time from the reception of the time information from the transmission source node B to the transmission time.
  • each node has the function of a source node and the function of a destination node. Therefore, one node (equipment 100) has the functions of the source node and the destination node described in FIG.
  • the communication units 304 and 311 in FIG. 3 can be arranged as one function for one node (equipment 100), and the time information processing units 303 and 313 can also be arranged as one function for one node (equipment 100). .
  • FIG. 4 is a diagram showing a hardware configuration example of a node according to the embodiment.
  • the device 100 that constitutes the nodes A to H can be configured with the hardware shown in FIG.
  • the device 100 communicates with a control unit (CPU) 401, a read-only memory (ROM) 402, a random access memory (RAM) 403, an auxiliary storage unit 404 such as a semiconductor memory or a disk drive, etc.
  • An interface (I/F) 405 and an input/output I/F 410 are included.
  • CPU 401 to input/output I/F 410 are connected by a bus 406, respectively.
  • the device 100 may have a display, a keyboard, a mouse, a scanner, and a printer corresponding to device configurations such as a PC, a smartphone, and various boards, and these can be connected via an input/output I/F 410.
  • the device 100 such as a smartphone or a tablet can also use a touch panel that integrates the functions of a display, keyboard, and mouse.
  • the CPU 401 is an arithmetic processing unit that controls the device 100 and, in the embodiment, performs time synchronization.
  • the ROM 402 is a non-volatile memory that stores programs and the like for the device 100 .
  • a RAM 403 is a volatile memory used as a work area when the CPU 401 executes arithmetic processing of a program.
  • the communication I/F 405 serves as an internal interface with the network NW, and performs data input/output with other devices 100 . Specifically, the communication I/F 405 communicates with the other device 100 via various networks NW such as LAN (Local Area Network), CAN, and ECHONET through communication lines.
  • NW Local Area Network
  • CAN Controller Area Network
  • ECHONET ECHONET
  • the network NW includes WiFi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), infrared communication (IrDA), etc., and is capable of wireless/wired communication with other devices 100.
  • WiFi registered trademark
  • Bluetooth registered trademark
  • IrDA infrared communication
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of control processing of the time synchronization system according to the embodiment.
  • FIG. 5 shows, as an example of processing of the device 100 of the source node and the destination node, corresponding to the description of FIG. ) shows an example of control processing executed by
  • the control process on the source node B side will be described. is transmitted (step S502).
  • the time information includes a: node time, b: clock accuracy, and c: expected arrival time.
  • the source node B waits for a reply of the time information from the destination node E, and when the time information is received (step S503), d: transmission time, e: elapsed time included in the replied time information. based on (step S504).
  • the source node B can obtain the expected arrival time in consideration of the propagation delay between the nodes B and E, and can improve the accuracy of the expected arrival time included in the time information to be transmitted to the node E next time.
  • the source node B corresponds to changes over time in the transmission characteristics of the network between nodes B and E and the time synchronization processing time at node E.
  • the expected arrival time can be updated sequentially to improve time synchronization accuracy.
  • the destination node E acquires the reception time of the time information from the timer 314 of the node E (step S512).
  • the destination node E determines whether to adopt the time information received from the source node B (step S513).
  • the destination node E receives time information from each of the nodes B, F, and H that are directly connected for communication.
  • the destination node E compares the "clock accuracy" included in the time information of each of the nodes B, F, and H, and selects the node with the highest "clock accuracy". In the example of FIG. 5, the source Node B is selected.
  • step S513: Yes the destination node E determines that the time information of the source node B is adopted (step S513: Yes), and executes the processing from step S514.
  • step S513: No the destination node E determines not to adopt the time information of the source nodes F and H (step S513: No), and proceeds to the process of step S517.
  • the destination node E calculates the difference between the reception time acquired at step S512 and the expected arrival time included in the clock information (step S514). Then, the destination node E corrects the time (advance/delay) of the clock (timer 314) of the destination node E based on the calculated difference (step S515). For example, the destination node E corrects the time of the clock based on the slew/step correction value of NTP time synchronization (step S516).
  • the destination node E After that, the destination node E returns time information to the source node B (step S517).
  • the reply time information consists of d: transmission time of the time information transmitted by the destination node E, and e: transmission time after the destination node E receives the time information from the transmission source node B. Elapsed time to, and
  • the destination node E transmits the time of its own node E with the highest "clock accuracy" based on the time information received from the directly connected (adjacent) source nodes B, F, and H. It becomes possible to adjust the time in synchronization with the source node B.
  • the node E after performing time synchronization can perform time synchronization of other destination nodes (nodes F and H in the example of FIG. 2) directly connected as the source node E, and the network All nodes A to H can be time-synchronized.
  • directly connected nodes can communicate with each other by a predetermined communication method, by repeating the above process, it is possible to time-synchronize the nodes (devices 100) of the entire network in which various communication methods coexist.
  • FIG. 6 is a diagram showing the exchange of time information used in the embodiment.
  • FIG. 6 shows the source node B and the destination node E (equipment 100).
  • source node B When transmitting predetermined data (packet) to destination node E, source node B includes time information in the packet.
  • the time information may be stored in part of the packet header, or may be stored in a predetermined area of the packet data.
  • the source node B transmits time information (notification data) including the above a: node time (T1), b: clock accuracy, and c: expected time of arrival (ExpectTime) to the destination node E at timing T1. .
  • the destination node E receives the time information (notification data) from the source node B at the timing of time T2.
  • the destination node E uses the received time information (T1+ExpectTime) for time adjustment.
  • the destination node E transmits the above d: the transmission time of the time information transmitted by the destination node E, and e: transmission after the destination node E receives the time information from the source node B. and time information (notification data) including the elapsed time up to the time.
  • the source node B receives the time information (notification data) returned from the destination node E at timing T4.
  • the expected arrival time ES is calculated from the timing of the request and the response.
  • the ES between nodes B and E can be calculated based on the following formula (1). ((T4-T1)-(T3-T2))/2)...(1)
  • the estimated arrival time between the source node B and the destination node E is calculated regardless of whether the destination node E has adjusted the time. For this reason, the destination node E receives the time information transmitted from the source node B, and the difference between the system time (measured by the timer 314) at the time of receiving the time information transmitted from the source node B and the system time at the time of transmission of the responding time information (e : Elapsed time) is included in the time information returned to the source Node B.
  • the source node B transmits (requests) time information, for example, at regular periodic intervals to the destination nodes E, F, and H directly connected for communication, and the destination nodes E, F, and H transmit (request) each request. time information to the source node B (response).
  • the destination node B when transmitting a packet of predetermined data to the destination node E, the destination node B includes time information in the header of the packet to be transmitted, and the destination node E extracts the time information from the received packet. Extract. Further, when the source node B does not transmit data packets to the destination node E for a certain period of time, the source node B generates a packet for time information and transmits it to the destination node E.
  • Destination node E extracts the time information from the received packet.
  • the destination node B can transmit time information to the nodes E, F, and H that are directly connected for communication at predetermined periodic intervals, and time synchronization can be performed at predetermined periodic intervals.
  • the time of the entire network can be synchronized.
  • the deviation (variation) is large, but after a predetermined time (for example, about 20 msec has passed), the time of nodes A to H in the entire network is set to the reference time, for example, the node with the highest "clock accuracy" A” (the standard deviation of the time of each node B to H was minimized).
  • FIG. 7 is a diagram showing the state of variation due to existing time correction technology.
  • the horizontal axis is time, and the vertical axis is each node A to D (equipment 100). It is assumed that node A has the highest clock accuracy, nodes B and C have slightly inferior clock accuracy, and node D has the lowest clock accuracy.
  • FIG. 8 is a diagram showing the state of convergence of time variations due to time synchronization according to the embodiment.
  • FIG. 8(a) shows nodes AD. Time information is exchanged between each of the directly connected nodes A to D, and by performing time synchronization control at regular intervals, the time (time cycle) of each node A to D can be kept within a certain variation, Smooth control without time variations among the nodes A to D is possible.
  • FIG. 9A is a diagram showing an example of control between existing devices.
  • Each device 1 to 4 is connected to a central control unit (sensor) by CAN or the like.
  • the device 1 is an accelerator
  • the device 2 is a brake
  • the device 3 is a steering wheel.
  • the devices 1 to 4 operate individually at a constant cycle and transmit information such as detection (control plan information) to the sensor, but the entire autonomous driving system operates in a random manner. For this reason, existing automatic driving systems have had poor ride comfort such as maneuverability.
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of control between devices based on existing time synchronization.
  • FIG. 9A shows an example in which vehicle-mounted sensors and devices 1 to 4 are connected by a network having a time synchronization function such as Ethernet TSN.
  • the transmission side sensor
  • the senor can prevent communication congestion by controlling the timing of data acquisition and the timing of transmitting control plan information to each device 1 to 4 at different times. As a result, smooth control can be achieved and ride comfort can be improved.
  • the network includes a different network (CAN), some devices can only be connected to CAN for communication, and these devices cannot synchronize their time.
  • FIG. 9C is a diagram showing an example of control between devices by time synchronization according to the embodiment.
  • the sensor controls the timing of data acquisition and the timing of transmitting control plan information to each device 1 to 4 at different times to prevent communication congestion. be able to.
  • the time of each device 1-4 can be synchronized.
  • the time synchronization described above can be applied to various systems. For example, it can be applied to the automatic driving described above.
  • a large number of system-on-chips (SoCs), microcomputers, etc. are used in the device 100 mounted on the vehicle for automatic operation, and these operate in cooperation with each other.
  • SoCs system-on-chips
  • SoC etc. determines the behavior of the vehicle based on information such as camera images, vehicle speed, accelerator opening, brake status, steering angle, and obstacle detection by sensors such as radar. .
  • Time synchronization according to the embodiment can be controlled in the vehicle, and a plurality of devices 100 can be time-synchronized without a time server.
  • time synchronization of the embodiment can be applied to FA failure analysis.
  • time synchronization is performed for the equipment 100 that controls the equipment for collecting data for failure analysis based on the image of the failed device and the control log.
  • the data to be collected includes images from a plurality of cameras, an operation log when a failure occurs, and the like.
  • a time server can be dispensed with, and even if a situation occurs in which the network is cut off or some of the devices 100 fail, the time can be synchronized between the remaining devices 100. , can be made into a fault-tolerant system.
  • a time synchronization method for synchronizing time between a plurality of network-connected devices in which a transmission source device is a transmission destination device that is communicatively connected via a network. , and the destination device selects the source device that sent the time information with the highest clock accuracy from among the multiple pieces of time information received, and selects The process of correcting the time based on the time information transmitted by the transmission source device is repeatedly performed between devices that can communicate within the network. As a result, it is possible to synchronize the time with the device with the highest clock precision based on the time information between the devices that are connected to each other for communication.
  • the source device may include the time information in the packet for data transmission to the destination device. This makes it possible to easily transmit time information using packets used between devices that can communicate with each other.
  • the source device may store the time information in the header of the packet and transmit it. This makes it possible to exchange time information easily without affecting data communication between devices.
  • the source device sends the data packet to the destination device with the time information included at the timing of sending the time information. may be generated and transmitted. This makes it possible to perform time synchronization at predetermined periodic intervals while suppressing congestion of packets exchanged between devices as much as possible.
  • the network includes multiple different communication methods, and the time is synchronized by data communication between devices with communication methods that can communicate with each other. In this way, time synchronization is performed between devices of the same communication method, and time synchronization is performed between devices of communication methods that can be communicated, so that it is possible to time synchronize devices of the entire network of different communication methods. .
  • the network may include in-vehicle communication, synchronizing the time between devices inside the vehicle, devices outside the vehicle, and devices inside the vehicle. For example, it is possible to time-synchronize each device such as a control unit, accelerator, brake, and steering provided in a vehicle for automatic driving with devices outside the vehicle, and to time-synchronize without accessing a time server.
  • the source device sends the requested time information including the accuracy of the clock, the transmission time of the time information, and the expected arrival time from when the time information is sent to when it is received by the destination device.
  • the destination device calculates the difference between the time on its own clock when it received the time information sent by the selected source device and the expected arrival time, and based on the difference, the time on its own clock and send the time information of the response to the time information of the request to the sending device, and the time information of the response is the elapsed time from the time when the time information of the request is received until the time information of the response is sent.
  • the transmission source device updates and holds the expected arrival time by receiving the time information of the response, and repeatedly transmits the time information to the destination device with which communication is possible. conduct.
  • This enables time synchronization including the propagation state between the transmission source device and the transmission destination device, and enables accurate time synchronization between devices with different communication methods, communication speeds, processing times, and the like. Also, even if there is a change in communication speed, processing time, etc. over time, time synchronization can be performed in response to this change.
  • the present invention can be similarly applied to a configuration in which a predetermined device is connected to a time server for communication.
  • the present invention can be used in a time synchronization system for synchronizing time between devices connected via a network, and is particularly useful for time synchronization between devices that are communicatively connected via various networks. is.

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Abstract

ネットワーク接続された複数のノードＡ～Ｈ間で互いの時刻を同期させる時刻同期方法であって、送信元のノードＢは、ネットワークを介して通信接続された送信先のノードＣ，Ｅ，Ｆに自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信する。送信先の機器Ｅは、ノードＢ，Ｆ，Ｈから受信した複数の時刻情報のうち時計の精度が最も高い時刻情報を送信した送信元のノードＢを選択し、選択した送信元のノードＢが送信した時刻情報に基づき時刻を修正する。以上の処理は、ネットワーク内で通信可能なノードＡ～Ｈ間で繰り返し行う。

Description

時刻同期方法、時刻同期プログラムおよび時刻同期システム
　この発明は、異なる機器を時刻同期させる時刻同期方法、時刻同期プログラムおよび時刻同期システムに関する。
　イーサネットＴＳＮ（Ｔｉｍｅ－Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）等のネットワークの規格では、イーサネット（登録商標）に繋がれた機器間で時刻を同期する方法が規定されている。この時刻同期は、標準時刻を持つ時刻サーバにそれぞれの機器が接続して「時刻サーバ」に時刻を合わせる。
　個々の機器は、イーサネット等に接続されるＰＣやサーバの他に、車両に搭載されＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）に接続される車載機器、ＥＣＨＯＮＥＴ（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＨＯｍｅｃａｒｅ　ＮＥＴｗｏｒｋ）（登録商標）に接続される家電機器、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）の制御プログラムの実行により動作する工場等の機器、等がある。
　従来、ネットワークを介した時刻同期に関連する技術として、例えば、下記特許文献１，２等がある。特許文献１は、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サーバ装置がクライアント端末装置にＮＴＰをブロードキャストする際、周波数クロックをカウントし、時刻情報の補正に基準時刻を用いるか否かを決定することでクロック同期を安定させる。特許文献２は、ＥＣＨＯＮＥＴ規格にしたがい、家電機器等を外部の通信網から家電時刻同期プロトコルを用いて時刻同期させる。
特開２０１８－０９８７１１号公報 特開２００８－１５２３４３号公報
　しかしながら、従来技術では、下記のように、ネットワーク上での各機器の接続状態により、時刻同期を行うことができない機器が生じた。
　図１０は、従来技術の問題点１の説明図である。図１０には時刻サーバＡにイーサネット等のネットワークを介して各機器Ｂ～Ｈが接続された構成例を示す。時刻サーバＡを使用した時刻同期の場合において、図１０に示すように時刻サーバＡが故障すると、各機器Ｂ～Ｈが時刻を時刻サーバＡに合わせることができなくなる。また、ネットワークが切断される等して時刻サーバＡと繋がらなくなった機器Ｂ～Ｈについても時刻を合わせることができなくなる。
　図１１は、従来技術の問題点２の説明図である。通常多くのネットワークでは、イーサネットだけでなくＣＡＮ等の遅いネットワークが混在している。図１１には、時刻サーバＡにはイーサネット等の速い接続で機器Ｂ，Ｃ，Ｄが接続されているが、機器Ｅ～Ｇは遅い接続であることを示す。ここで、ネットワーク上での通信方式の混在、例えば、イーサネット接続の機器とＣＡＮ接続の機器間は異なる通信方式であり、容易に時刻同期することができない。
　また、図１１に示す例では、機器Ｅは機器Ｂに接続されており、機器Ｅ～Ｈは直接時刻サーバＡには接続されていない。この場合、時刻サーバＡに直接接続された機器グループＧＰ（機器Ｂ～Ｄ）しか時刻同期できず、時刻サーバＡに直接接続されていない機器Ｅ～Ｈは時刻同期することができない。
　本発明は、上記課題に鑑み、時刻サーバに接続することなく、ネットワーク上の複数の機器を時刻同期できることを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の時刻同期方法は、ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期方法であって、送信元の機器は、前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信し、前記送信先の機器は、受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択し、前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正する、処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行う、ことを特徴とする。
　また、前記送信元の機器は、前記送信先の機器へデータ送信するパケットに前記時刻情報を含ませて送信する、ことを特徴とする。
　また、送信元の機器は、前記時刻情報を前記パケットのヘッダに格納して送信する、ことを特徴とする。
　また、前記送信元の機器は、前記時刻情報の送信タイミングで、前記送信先の機器へのデータのパケットに前記時刻情報を含ませて送信し、一定期間前記送信先の機器へデータ送信がない場合、前記時刻情報用のパケットを生成して送信する、ことを特徴とする。
　また、前記ネットワーク内は、複数の異なる通信方式を含み、互いに通信可能な通信方式の前記機器同士のデータ通信により時刻を同期する、ことを特徴とする。
　また、前記ネットワークは、車両内通信を含み、前記車両内の前記機器を前記車両外の前記機器、および前記車両内の前記機器同士、で時刻を同期する、ことを特徴とする。
　また、前記送信元の機器は、前記時計の精度と、前記時刻情報の送信時刻と、前記時刻情報を送信してから前記送信先の機器で受信するまでの到達予想時刻と、を含む要求の時刻情報を送信し、前記送信先の機器は、前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報を受信した際の自機の前記時計の時刻と、前記到達予想時刻との差分を算出し、前記差分に基づき自機の前記時計の時刻を修正し、前記送信元の機器に、前記要求の時刻情報に対する応答の時刻情報を送信し、前記応答の時刻情報は、前記要求の時刻情報を受信した時刻から前記応答の時刻情報を送信するまでの経過時間と、当該応答の時刻情報の送信時刻を含み、前記送信元の機器は、前記応答の時刻情報の受信により、前記到達予想時間を更新保持し、通信可能な前記送信先の機器に対し、前記時刻情報の送信を繰り返し行う、ことを特徴とする。
　また、本発明の時刻同期プログラムは、ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期プログラムであって、送信元の機器に、前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信させ、前記送信先の機器に、受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択させ、前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正させる、処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行わせることを特徴とする。
　また、本発明の時刻同期システムは、ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期システムであって、送信元の機器は、前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信する制御部を有し、前記送信先の機器は、受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択し、前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正する、処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行う制御部を有する、ことを特徴とする。
　上記構成によれば、互いに通信接続された機器同士間で時刻情報に基づき、時刻同期させることができる。また、ネットワーク内で異なる各種の通信方式を含んでも、通信可能な機器同士間で時刻同期することで、ネットワーク全体の機器を時刻同期させることができるようになる。また、時計サーバを配置せずともネットワーク内の機器を時刻同期できるようになる。
　本発明によれば、時刻サーバに接続することなく、ネットワーク上の複数の機器を時刻同期できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかる時刻同期システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる時刻同期システムのノード接続例を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる時刻同期システムの機能例を示すブロック図である。 図４は、実施の形態にかかるノードのハードウェア構成例を示す図である。 図５は、実施の形態にかかる時刻同期システムの制御処理例を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態で用いる時刻情報のやり取りを示す図である。 図７は、既存の時刻修正技術によるバラツキ状態を示す図である。 図８は、実施の形態の時刻同期による時刻のバラツキの収束状態を示す図である。 図９Ａは、既存の機器間の制御例を示す図である。 図９Ｂは、既存の時刻同期による機器間の制御例を示す図である。 図９Ｃは、実施の形態の時刻同期による機器間の制御例を示す図である。 図１０は、従来技術の問題点１の説明図である。 図１１は、従来技術の問題点２の説明図である。
(実施の形態）
　以下に添付図面を参照して、この発明にかかる時刻同期方法、時刻同期プログラムおよび時刻同期システムの好適な各実施の形態を詳細に説明する。
　図１は、実施の形態にかかる時刻同期システムの構成例を示す図である。図１に示すように、時刻同期を行う複数の機器１００は、各種ネットワークにより互いに通信接続されている。
　例えば、機器１００は、スマートフォン１００ａがインターネット１１１を介してＰＣ１００ｂに通信接続されている。ＰＣ１００ｂは、イーサネット１１２ａを介して制御ボード１００ｃに通信接続されている。ＰＣ１００ｂは、イーサネット１１２ｂを介して制御ボード１００ｄに通信接続されている。制御ボード１００ｄは、イーサネット１１２ｃを介して制御ボード１００ｃに通信接続されている。
　制御ボード１００ｃは、ＣＡＮ１１３を介して制御ボード１００ｅに通信接続されている。制御ボード１００ｅは、シリアル通信１１４により制御ボード１００ｆに通信接続されている。
　図１に示した機器１００のうち、ＰＣ１００ｂ，制御ボード１００ｃ，１００ｄは、例えばＩＥＥＥ８０２．１ＡＳの通信規格に基づきイーサネット上で時刻同期を行う。図１に示すように、実施の形態では、システム上に従来の技術で説明した時刻サーバを配置する必要がない。なお、実施の形態では、特定の機器、例えば、ＰＣ１００ｂ等の時刻サーバに通信接続可能な機器をシステム上に配置してもよい。
　実施の形態の時刻同期システムは、以下の特徴を有する。
１．時刻サーバを必要としない。
２．標準時刻を時刻サーバ等から取得する必要がない。
３．システム内に異なる通信方式が混在する場合や、機器１００同士が直接通信接続されていないネットワークでも時刻の同期（時刻を合わせること）ができる。
４．ネットワーク内の機器１００が故障して失われた場合や、新たな機器１００がネットワークに接続された場合でも、時刻の同期を維持することができる。
　図２は、実施の形態にかかる時刻同期システムのノード接続例を示す図である。図２では、複数の機器１００をノードＡ～Ｈで示している。実施の形態の時刻同期システムは、下記の各構成を有する。図中実線はノード間で通信接続された通信速度が所定以上の速い接続であり、点線は通信速度が所定未満の遅い接続を示す。
１．ネットワーク上の各ノードＡ～Ｈ（機器１００）は、相手と通常にデータをやり取りする際に相手に時刻情報を送る。時刻情報は、下記ａ～ｃの情報を含む。
ａ：自分の時刻（ノード時刻）
ｂ：自分が持っている時計の精度（ノード精度）
ｃ：相手に（データが）到達した際の（伝送遅延を考慮した）時刻（到達予想時刻）
　時計の精度は、例えば、ノードが持つクロック精度である。実施の形態の時刻同期システムでは、時刻専用のパケットを用いる必要がない。なお、自身のノードがデータなしのパケットを相手のノードに送る際のパケットは、時刻専用のパケットとなる。これにより、各ノードＡ～Ｈは、積極的に時刻を取りに行かなくても通信接続された相手のノードＡ～Ｈから送られてくる時刻情報を取得できる。
２．時刻同期の概要
１）電源が入ったばかりで、まだ時刻が定まっていないノードは、一定の時間の間で送られてくる他のノードから送信されたパケット数に応じて一つまたは複数の時刻情報を取得する。例えば、ノードＥは、直接通信接続されたノードＢ、Ｆ、Ｈからそれぞれパケットを受け取る。
２）ノードＥは、ノードＢ，Ｆ，Ｈから受け取ったパケットの中から一番「時計の精度が高い」ノードＢの時刻情報を自ノードＥの時刻の基準とする。
３）ノードＥは、時刻情報を採用したノードＢに対して、時刻が到達した経過時間を含めた時刻情報を返す。
４）時刻情報を返されたノードＢは、先に送ったパケットの送信時刻からの経過時間に基づき、次回対象ノードＥに送る時刻情報を計算（更新）する。この時刻情報の演算は、到達予想時刻を用いた方法により行う。
　ここで、ノードＥは、ノードＢに時刻情報を応答し、この応答した時刻情報は、下記ｄ，ｅを含む。
ｄ：送信先ノードＥが応答する時刻情報の送信時刻
ｅ：送信元ノードＥが送信元ノードＢから時刻情報を受信した後、送信時刻までの経過時間
５）時刻を同期したノードＥについても、通信接続された周辺のノードＢ，Ｆ，Ｈに時刻情報を送ることができる。
　上記によれば、ノードＥは、通信接続されたノードＢ，Ｆ，Ｈのうち一部のノード（例えば、ノードＢ）からの時刻情報が途切れた場合でも、他ノードＦ，Ｈから時刻情報を受信できる。そして、ノードＥは、他ノードＦ，Ｈから受信した時刻情報により、自ノードＥの時刻合わせ（時刻同期）が行え、ネットワーク上の不特定な通信経路で生じる通信障害に対する耐性を向上できるようになる。
　また、ノードＥは、周辺の他のノードＢ，Ｆ，Ｈに時刻を合わせるため、ネットワーク上に時刻サーバを有さない場合でも、時刻を合わせる（同期する）ことができ、また、システム全体のノードＡ～Ｈを時刻同期できるようになる。
　また、精度の高い一つのノード（例えばノードＡ）が存在し、全てのノードＢ～Ｈが精度の高い一つのノードＡに直接繋がっているとする。この場合、各ノードＢ～ＨはノードＡに時刻を合わせることになるので、イーサネットＴＳＮと同様の時刻同期精度が得られる。
　ここで、ノードＡに障害が発生した場合でも、各ノードＢ～Ｈは、自動的に次の精度のノード（ノードＣ～Ｈ）の時刻情報を採用して時刻同期できるようになり、この点でイーサネットＴＳＮでは得られない柔軟な時刻同期が行えるようになる。
　図３は、実施の形態にかかる時刻同期システムの機能例を示すブロック図である。図３には、時刻同期する一対の送信元ノードＢと、送信先ノードＥそれぞれの機器１００を示した。なお、図１のネットワーク接続例でみると、送信先ノードＥに通信接続されているノードＢ，Ｆ，Ｈが送信元ノードとなる。
　送信元ノードＢは、タイマ３０１、送信時刻取得部３０２、時刻情報処理部３０３、通信部３０４、を含む。タイマ３０１は、時刻情報を計時する。送信時刻取得部３０２はタイマ３０１の計時情報に基づき、送信先ノードＥへ時刻情報を送信する送信時刻を取得する。
　時刻情報処理部３０３は、送信先ノードＥに送信する時刻情報を生成する。時刻情報は、上記ａ：ノード時刻、ｂ：時計の精度、ｃ：到達予想時刻を含む。到達予想時刻は、初期値として送信元ノードＢ，送信先ノードＥ間のネットワークの通信速度に基づき算出可能であるが、送信元ノードＢ，送信先ノードＥ間での時刻情報のやり取りによって伝搬遅延を考慮したより精度の高い値に更新できる。
　通信部３０４は、送信元ノードＢと送信先ノードＥとの間のネットワークに対応した通信方式で互いの通信を行う。
　また、時刻情報処理部３０３は、送信先ノードＥから時刻情報の応答があると、この時刻情報に基づき、前回送信先ノードＥに送信した到達予想時刻を更新する。応答された時刻情報は、ｄ：送信先ノードＥが送信する時刻情報の送信時刻と、ｅ：送信元ノードＢが送信元ノードＢから時刻情報を受信した後送信時刻までの経過時間と、を含む。
　送信元ノードＢの時刻情報処理部３０３は、送信先ノードＥに対する時刻情報に含まれる到達予想時刻を更新保持しておく。時刻情報処理部３０３は、更新した到達時刻を次回送信先ノードＥに時刻情報を送信する際、時刻情報に含めて送信する。
　送信先ノードＥは、通信部３１１、受信時刻取得部３１２、時刻情報処理部３１３、タイマ３１４、を含む。通信部３１１は、送信先ノードＥと送信元ノードＢとの間のネットワークに対応した通信方式で互いの通信を行う。
　受信時刻取得部３１２は、送信元ノードＢから受信した時刻情報を取得する。時刻情報処理部３１３は、送信元ノードＢから受信した時刻情報を受信した受信時刻をタイマ３１４から取得する。
　時刻情報処理部３１３は、送信元ノードＢから受信した時刻情報の採用の可否を送信元ノードＢの「時計の精度」に基づき判定し、採用時には、時刻情報に含まれる到達予想時刻との差に応じて自ノードＥの時刻を補正する。
　ここで、送信先ノードＥは、直接通信接続された送信元ノードＢ，Ｆ，Ｈからそれぞれ時刻情報を受信するが、これら送信元ノードＢ，Ｆ，Ｈから受信した時刻情報に含まれる「時計の精度」のうち最も精度が高い送信元ノード（ノードＢ）を選択し、自ノードＥを送信元ノードＢに時刻同期させる。
　そして、時刻情報処理部３１３は、自ノードＥを送信元ノードＢの時刻に同期させるため、自ノードＥにおけるタイマ３１４が計時する時刻の進み／遅れを補正する。また、時刻情報処理部３１３は、送信元ノードＢに対し、時刻情報を送信する。時刻情報は、この時刻情報の送信時刻と、送信元ノードＢから時刻情報を受信した後送信時刻までの経過時間を含む。
　図３では、便宜上、送信元ノードの機能と送信先ノードの機能を分けて記載した。実際には、各ノード（機器１００）は、送信元ノードの機能と送信先ノードの機能とを有している。このため、ある一つのノード（機器１００）は、図３に記載した送信元ノードと送信先ノードの機能を有する。また、図３における通信部３０４，３１１は、一つのノード（機器１００）あたり一つの機能として配置でき、時刻情報処理部３０３，３１３についても一つのノード（機器１００）で一つの機能として配置できる。
　図４は、実施の形態にかかるノードのハードウェア構成例を示す図である。上記ノードＡ～Ｈを構成する機器１００は、図４に示すハードウェアで構成できる。図４において、機器１００は、それぞれ制御部（ＣＰＵ）４０１と、Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）４０２と、Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）４０３と、半導体メモリやディスクドライブ等の補助記憶部４０４と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）４０５と、入出力Ｉ／Ｆ４１０と、を含む。これらＣＰＵ４０１～入出力Ｉ／Ｆ４１０は、バス４０６によってそれぞれ接続されている。
　機器１００は、ＰＣやスマートフォン、各種ボード等の装置構成に対応して、ディスプレイ、キーボード、マウス、スキャナ、プリンタを有してもよく、これらは入出力Ｉ／Ｆ４１０を介して接続することができる。なお、スマートフォンやタブレット等の機器１００では、ディスプレイ、キーボード、マウスの機能を集約したタッチパネルを用いることもできる。
　ＣＰＵ４０１は、機器１００を統括制御し、実施の形態では、時刻同期を司る演算処理装置である。ＲＯＭ４０２は、機器１００のプログラム等を記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１によるプログラムの演算処理実行時のワークエリアとして使用される揮発性メモリである。
　通信Ｉ／Ｆ４０５は、ネットワークＮＷと内部のインタフェースを司り、他の機器１００との間のデータの入出力を行う。具体的に、通信Ｉ／Ｆ４０５は、通信回線を通じてＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＣＡＮ、ＥＣＨＯＮＥＴ等の各種ネットワークＮＷを介して他の機器１００との間の通信を行う。
　ネットワークＮＷは、上記の他に、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信（ＩｒＤＡ）等を含み、他の機器１００と無線／有線通信することができる。
　図５は、実施の形態にかかる時刻同期システムの制御処理例を示すフローチャートである。図５には、送信元ノードと送信先ノードの機器１００の処理例として、図２の説明に対応して送信元ノードＢ（１００）と、送信先ノードＥ（１００）の各制御部（ＣＰＵ４０１）が実行する制御処理例を示す。
　送信元ノードＢ側の制御処理を説明すると、送信元ノードＢは、送信先ノードＥ（１００）に対して時刻情報を送信する際の送信時刻をタイマ３０１から取得し（ステップＳ５０１）、時刻情報を送信する（ステップＳ５０２）。時刻情報には、上記ａ：ノード時刻、ｂ：時計の精度、ｃ：到達予想時刻を含む。
　この後、送信元ノードＢは、送信先ノードＥからの時刻情報の返答を待ち、時刻情報を受信すると（ステップＳ５０３）、返答された時刻情報に含まれるｄ：送信時刻、ｅ：経過時間とに基づき、保持してあるノードＥの到達予想時刻を更新する（ステップＳ５０４）。この更新により、送信元ノードＢは、ノードＢ，Ｅ間の伝搬遅延を考慮した到達予想時刻を得ることができ、次回ノードＥに送信する時刻情報に含まれる到達予想時刻の精度を向上できる。
　送信元ノードＢは、上記一連の処理をノードＥとの間でやり取りすることで、ノードＢ，Ｅ間のネットワークの伝送特性の経時的な変動や、ノードＥでの時刻同期処理時間に相当する到達予想時刻を逐次更新し、時刻同期精度を向上できる。
　次に、送信先ノードＥ側の制御処理を説明する。送信先ノードＥは、送信元ノードＢから時刻情報を受信すると（ステップＳ５１１）、ノードＥのタイマ３１４から時刻情報の受信時刻を取得する（ステップＳ５１２）。
　次に、送信先ノードＥは、送信元ノードＢから受信した時刻情報の採用判定を行う（ステップＳ５１３）。送信先ノードＥは、直接通信接続されたノードＢ，Ｆ，Ｈからそれぞれ時刻情報を受信している。送信先ノードＥは、ステップＳ５１３において、各ノードＢ，Ｆ，Ｈそれぞれの時刻情報に含まれる「時計の精度」を対比し、最も「時計の精度」が高いノードを選択する。図５の例では、送信元ノードＢを選択している。
　そして、送信先ノードＥは、送信元ノードＢの時刻情報については採用と判断し（ステップＳ５１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ５１４以下の処理を実行する。一方、送信先ノードＥは、送信元ノードＦ，Ｈの時刻情報については採用しないと判断し（ステップＳ５１３：Ｎｏ）、ステップＳ５１７の処理に移行する。
　ステップＳ５１４では、送信先ノードＥは、ステップＳ５１２で取得した受信時刻と、時計情報に含まれる到達予想時刻との差を算出する（ステップＳ５１４）。そして、送信先ノードＥは、算出した差に基づき、送信先ノードＥの時計（タイマ３１４）の時刻（進み／遅れ）を修正する（ステップＳ５１５）。例えば、送信先ノードＥは、時計の時刻修正として、ＮＴＰ時刻同期のｓｌｅｗ／ｓｔｅｐ補正値に基づき行う（ステップＳ５１６）。
　この後、送信先ノードＥは、送信元ノードＢへ時刻情報を返答する（ステップＳ５１７）。この返答の時刻情報には、返答の時刻情報は、ｄ：送信先ノードＥが送信する時刻情報の送信時刻と、ｅ：送信先ノードＥが送信元ノードＢから時刻情報を受信した後送信時刻までの経過時間と、を含む。
　このように、送信先ノードＥは、直接通信接続された（隣接する）送信元ノードＢ，Ｆ，Ｈから受信した時刻情報に基づき、自ノードＥの時刻を最も「時計の精度」が高い送信元ノードＢに同期して時刻修正できるようになる。
　また、時刻同期を行った後のノードＥは、送信元ノードＥとして直接接続された他の送信先ノード（図２の例ではノードＦ，Ｈ）の時刻同期を行うことができ、ネットワーク内の全てのノードＡ～Ｈを時刻同期できるようになる。ここで、直接接続されたノード同士は所定の通信方式で通信可能であるため、上記処理を繰り返すことにより、各種通信方式が混在するネットワーク全体のノード（機器１００）を時刻同期できる。
　図６は、実施の形態で用いる時刻情報のやり取りを示す図である。図６には、上記送信元ノードＢと送信先ノードＥ（機器１００）を示した。送信元ノードＢは、送信先ノードＥに所定のデータ（パケット）を送信する際、このパケットに時刻情報を含ませて送る。時刻情報は、パケットのヘッダの一部に格納してもよいし、パケットのデータの所定領域を利用してもよい。
　送信元ノードＢは、時期Ｔ１のタイミングで上記ａ：ノード時刻（Ｔ１）、ｂ：時計の精度、ｃ：到達予想時刻（ＥｘｐｅｃｔＴｉｍｅ）を含む時刻情報（通知データ）を送信先ノードＥに送信する。
　送信先ノードＥは、時期Ｔ２のタイミングで送信元ノードＢからの時刻情報（通知データ）を受信する。送信先ノードＥは、受信した時刻情報（Ｔ１＋ＥｘｐｅｃｔＴｉｍｅ）を時刻修正に利用する。
　この後、送信先ノードＥは、時期Ｔ３のタイミングで上記ｄ：送信先ノードＥが送信する時刻情報の送信時刻と、ｅ：送信先ノードＥが送信元ノードＢから時刻情報を受信した後送信時刻までの経過時間を含む時刻情報（通知データ）と、を送信元ノードＢに応答する。
　送信元ノードＢは、時期Ｔ４のタイミングで送信先ノードＥから応答された時刻情報（通知データ）を受信する。
　上記の到達予想時刻ＥＳは、要求と応答のタイミングから算出する。例えば、ノードＢ，Ｅ間のＥＳは、下記式（１）に基づき算出することができる。
　（（Ｔ４－Ｔ１）－（Ｔ３－Ｔ２））／２）…（１）
　ここで、到達予想時刻は、送信先ノードＥでの時刻修正の有無に関係なく、送信元ノードＢと送信先ノードＥ間での到達予想時刻を算出する。このため、送信先ノードＥは、送信元ノードＢから送信された時刻情報を受信時のシステム時刻（タイマ３１４の計時時刻）と、応答する時刻情報を送信時のシステム時刻との差分（上記ｅ：経過時間）を送信元ノードＢへ応答する時刻情報に含める。
　送信元ノードＢは、直接通信接続された送信先ノードＥ，Ｆ，Ｈに対し、例えば、一定の周期間隔で時刻情報を送信（要求）し、送信先ノードＥ，Ｆ，Ｈは、要求ごとに送信元ノードＢに時刻情報を送信（応答）する。
　ここで、送信先ノードＢは、送信先ノードＥに所定のデータのパケットを送信する際、送信するパケットのヘッダ等に時刻情報を含ませ、送信先ノードＥは、受信したパケットから時刻情報を抽出する。また、送信元ノードＢは、送信先ノードＥに一定期間、データのパケットの送信を行わない場合、時刻情報用のパケットを生成して送信先ノードＥに送信する。
　送信先ノードＥは、受信したパケットから時刻情報を抽出する。これにより、送信先ノードＢは、直接通信接続されたノードＥ，Ｆ，Ｈに対し所定周期間隔で時刻情報を送信でき、所定周期間隔ごとに時刻同期できるようになる。
　実施の形態によれば、ネットワーク内の各ノードＡ～Ｈの「時計の精度」がそれぞれ異なってもネットワーク全体の時刻を同期することができる。時刻同期開始時には、偏差（バラツキ）が大きい状態であるが、所定時間後（例えば、約２０ｍｓｅｃ経過）にネットワーク全体のノードＡ～Ｈの時刻を基準時刻、例えば「時計の精度」が最も高いノードＡ」に同期（各ノードＢ～Ｈの時刻の標準偏差が最小化）することができた。
　図７は、既存の時刻修正技術によるバラツキ状態を示す図である。横軸は時間、縦軸は各ノードＡ～Ｄ（機器１００）である。ノードＡは最もクロック精度が高く、ノードＢ，Ｃはややクロック精度が劣り、ノードＤは最もクロック精度が低いものとした。
　既存の複数の機器１００の時刻修正について、例えばＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）等では、「周期処理」による時刻同期があり、例えば１０ｍｓｅｃごとに各機器Ａ～Ｄが処理を実施している。この「周期処理」では、各ノードＡ～Ｄ間での時刻を同期させるものではないため、ノードＡ～Ｄごとに異なるクロック精度により、ノードＡ～Ｄ間でのスムーズな制御ができない場合が生じる。図７の例では、クロック精度が最も低いノードＤが一定時間経過すると、他のノード（例えばノードＣ）と１周期（１０ｍｓｅｃ）分の遅れが生じている。
　図８は、実施の形態の時刻同期による時刻のバラツキの収束状態を示す図である。図８（ａ）には、ノードＡ～Ｄを示す。直接接続された各ノードＡ～Ｄ間で時刻情報をやり取りし、一定周期ごとの時刻同期制御の実施により、各ノードＡ～Ｄの時刻（時刻周期）を一定のバラツキ内に収めることができ、各ノードＡ～Ｄ間で時刻バラツキのないスムーズな制御が可能になる。
　また、図８（ｂ）に示すように（実施の形態に相当する構成）、各ノードＡ～Ｄ間で「時計の精度が高い」ノードＡを基準として時刻同期を行うことで、図８（ａ）よりもさらに各ノードＢ～Ｄの時計の精度を修正することができる。
（時刻同期による制御の例）
　次に、図９Ａ～図９Ｃを用いて、既存の機器間の制御、および実施の形態の時刻同期による機器間の制御例を説明する。これらの図では、自動運転の車両の各機器の連携制御に適用した例を示す。
　図９Ａは、既存の機器間の制御例を示す図である。ＣＡＮ等で各機器１～４は、中央制御部（センサ）に接続されている。例えば、機器１はアクセル、機器２はブレーキ、機器３はステアリング、等の自動運転に必要な車載の機器である。
　既存の技術では、機器１～４は、個別に一定周期で動作し、検出等の情報（制御計画情報）をセンサに送信しているが、自動運転のシステム全体ではバラバラに動作している。このため、既存の自動運転システムでは、操縦性等の乗り心地が悪いものとなっていた。
　図９Ｂは、既存の時刻同期による機器間の制御例を示す図である。図９Ａの構成に対し、イーサネットＴＳＮ等の時刻同期機能を持つネットワークで車載のセンサ、機器１～４を接続した場合の例を示す。この場合、イーサネットＴＳＮにより厳密な時計を用い送信側（センサ）から一定周期で各機器１～４に制御計画情報を送る。
　例えば、センサは、データ取得のタイミングと、各機器１～４への制御計画情報の送信タイミングとを異なる時期にコントロールして通信の輻輳を防ぐことができる。これにより、スムーズな制御となり乗り心地を改善することができる。しかし、ネットワークに異なるネットワーク（ＣＡＮ）が含まれる場合、ＣＡＮしか通信接続できない機器が生じ、この機器は時刻同期できない。
　図９Ｃは、実施の形態の時刻同期による機器間の制御例を示す図である。実施の形態による時刻同期では、図９Ｂ同様に、例えば、センサは、データ取得のタイミングと、各機器１～４への制御計画情報の送信タイミングとを異なる時期にコントロールして通信の輻輳を防ぐことができる。
　さらに、実施の形態による時刻同期では、各機器１～４の時刻を同期させることができる。これにより、実施の形態では、データ送受信の輻輳を抑えながら自動運転システム全体の機器１～４の制御タイミングを一致させた制御が行えるようになり、最もスムーズで気持ちよい（滑らかな）制御による自動運転を行えるようになる。
　以上説明した時刻同期は、各種システムに適用することができる。例えば、上記の自動運転に適用できる。この自動運転の車両に搭載する機器１００には、システムオンチップ（ＳｏＣ）や、マイコン等が多数使用されており、これらが連携して動作する。例えば、カメラによる認識で自動運転を行う場合、ＳｏＣ等は、カメラ映像、車速、アクセル開度、ブレーキ状態、ステアリング角度、レーダ等のセンサによる障害物検知等の情報を元に車両の挙動を決める。
　そして、複数の機器１００が時刻同期を行うことで、ステアリング、アクセル、ブレーキの制御タイミングをそろえ、スムーズな運転を行うことができるようになる（図９Ｃ参照）。実施の形態による時刻同期は、車両の中の制御とすることができ、時刻サーバを不要として複数の機器１００を時刻同期できる。
　このほか、実施の形態の時刻同期は、ＦＡの故障解析に適用することができる。工場などの現場のシステムで故障が発生した場合、故障した装置の映像と制御ログによる故障解析のためのデータ収集の機器を制御する機器１００の時刻同期を行う。機器１００として、複数のマイコンと、複数のカメラとを用い、これら機器１００間の時刻同期を行うことで、同じタイムスタンプを持ったデータ（情報）を集めることが可能となる。収集するデータは、複数のカメラの映像、故障発生時の動作ログ等である。この適用例においても、時刻サーバを不要にでき、また、ネットワークが遮断されている状況が生じた場合や、一部の機器１００が故障した場合でも、残りの機器１００の間で時刻同期できるため、障害に強いシステムにできる。
　以上説明した実施の形態によれば、ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期方法であって、送信元の機器は、ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信し、送信先の機器は、受信した複数の時刻情報のうち時計の精度が最も高い時刻情報を送信した送信元の機器を選択し、選択した送信元の機器が送信した時刻情報に基づき時刻を修正する、処理をネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行う。これにより、互いに通信接続された機器同士間の時刻情報に基づき、時計の精度が最も高い機器に時刻同期させることができる。また、ネットワーク内で異なる各種の通信方式を含んでも、通信可能な機器同士間で時刻同期させることで、互いに直接接続されていない機器を含むネットワーク全体の機器を時刻同期させることができるようになる。また、時計サーバを配置せずともネットワーク内の機器を時刻同期できるようになる。また、送信先の機器は、複数の送信元の機器から時刻情報を受信するため、ネットワーク内のある送信元の機器が故障して失われた場合や、新たな機器（送信元の機器および送信先の機器）がネットワークに接続された場合でも、各機器を時刻同期できる。
　また、送信元の機器は、送信先の機器へデータ送信するパケットに時刻情報を含ませて送信してもよい。これにより、互いに通信可能な機器間で用いるパケットを用いて時刻情報を簡単に送信できるようになる。
　また、送信元の機器は、時刻情報を前記パケットのヘッダに格納して送信してもよい。これにより、機器間でのデータ通信に影響することなく、簡単に時刻情報をやり取りできるようになる。
　また、送信元の機器は、時刻情報の送信タイミングで、送信先の機器へのデータのパケットに時刻情報を含ませて送信し、一定期間送信先の機器へデータ送信がない場合、時刻情報用のパケットを生成して送信してもよい。これにより、機器間でやり取りするパケットの輻輳をできるだけ抑制しつつ、所定の周期間隔ごとに時刻同期できるようになる。
　また、ネットワーク内は、複数の異なる通信方式を含み、互いに通信可能な通信方式の機器同士のデータ通信により時刻を同期する。このように、同一の通信方式の機器間で時刻同期を行い、また、通信可能な通信方式の機器間で時刻同期を行うことで、異なる通信方式のネットワーク全体の機器を時刻同期できるようになる。
　また、ネットワークは、車両内通信を含み、車両内の機器を車両外の機器、および車両内の機器同士、で時刻を同期することとしてもよい。例えば、自動運転のための車両が備える制御部、アクセル、ブレーキ、ステアリング等の各機器同士を車両外の機器と時刻同期でき、時刻サーバへのアクセスなしに時刻同期できるようになる。
　また、送信元の機器は、時計の精度と、時刻情報の送信時刻と、時刻情報を送信してから送信先の機器で受信するまでの到達予想時刻と、を含む要求の時刻情報を送信し、送信先の機器は、選択した送信元の機器が送信した時刻情報を受信した際の自機の時計の時刻と、到達予想時刻との差分を算出し、差分に基づき自機の時計の時刻を修正し、送信元の機器に、要求の時刻情報に対する応答の時刻情報を送信し、応答の時刻情報は、要求の時刻情報を受信した時刻から応答の時刻情報を送信するまでの経過時間と、当該応答の時刻情報の送信時刻を含み、送信元の機器は、応答の時刻情報の受信により、到達予想時間を更新保持し、通信可能な送信先の機器に対し、時刻情報の送信を繰り返し行う。これにより、送信元の機器と送信先の機器との間の伝搬状態を含み時刻同期できるようになり、通信方式や通信速度および処理時間等が異なる機器同士を正確に時刻同期できるようになる。また、経時的な通信速度および処理時間等の変動があっても、この変動に対応して時刻同期できるようになる。
　これらのことから、実施の形態によれば、互いに直接通信接続された機器同士間で時刻情報をやり取りして各機器を時刻同期させることができる。また、ネットワーク内で直接通信接続されていない機器や、異なる通信方式で通信する機器を含んでも、通信接続可能な機器同士での時刻同期を伝搬させる形で他の機器についても時刻同期できるようになり、ネットワーク接続内の複数の機器を時刻同期できるようになる。また、時計サーバを配置せずともネットワーク内の機器を時刻同期できるようになる。また、送信先の機器は、複数の送信元の機器から時刻情報を受信するため、ネットワーク内での機器の故障や、新たな機器の追加に柔軟に対応でき、各機器を時刻同期できる。なお、本発明は、所定の機器が時刻サーバに通信接続された構成であっても同様に適用できる。
　以上のように、本発明は、ネットワークを介して接続された機器同士を時刻同期させる時刻同期システムに用いることができ、特に、各種ネットワークを介して互いに通信接続された機器間の時刻同期に有用である。
　１００　機器
　３０１，３１４　タイマ
　３０２　送信時刻取得部
　３０３，３１３　時刻情報処理部
　３０４，３１１　通信部
　３１２　受信時刻取得部
　３１４　タイマ
　４０１　制御部（ＣＰＵ）
　４０２　ＲＯＭ
　４０３　ＲＡＭ
　４０４　補助記憶部
　４０５　通信インタフェース
　４０６　バス
　Ａ～Ｈ　ノード

Claims (9)

  1. 　ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期方法であって、
    　送信元の機器は、
    　前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信し、
    　前記送信先の機器は、
    　受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択し、
    　前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正する、
    　処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行う、
    　ことを特徴とする時刻同期方法。
  2. 　前記送信元の機器は、
    　前記送信先の機器へデータ送信するパケットに前記時刻情報を含ませて送信する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
  3. 　前記送信元の機器は、前記時刻情報を前記パケットのヘッダに格納して送信する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の時刻同期方法。
  4. 　前記送信元の機器は、
    　前記時刻情報の送信タイミングで、前記送信先の機器へのデータのパケットに前記時刻情報を含ませて送信し、
    　一定期間前記送信先の機器へデータ送信がない場合、前記時刻情報用のパケットを生成して送信する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
  5. 　前記ネットワーク内は、複数の異なる通信方式を含み、互いに通信可能な通信方式の前記機器同士のデータ通信により時刻を同期する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
  6. 　前記ネットワークは、車両内通信を含み、前記車両内の前記機器を前記車両外の前記機器、および前記車両内の前記機器同士、で時刻を同期する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期方法。
  7. 　前記送信元の機器は、
    　前記時計の精度と、前記時刻情報の送信時刻と、前記時刻情報を送信してから前記送信先の機器で受信するまでの到達予想時刻と、を含む要求の時刻情報を送信し、
    　前記送信先の機器は、
    　前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報を受信した際の自機の前記時計の時刻と、前記到達予想時刻との差分を算出し、
    　前記差分に基づき自機の前記時計の時刻を修正し、
    　前記送信元の機器に、前記要求の時刻情報に対する応答の時刻情報を送信し、
    　前記応答の時刻情報は、前記要求の時刻情報を受信した時刻から前記応答の時刻情報を送信するまでの経過時間と、当該応答の時刻情報の送信時刻を含み、
    　前記送信元の機器は、
    　前記応答の時刻情報の受信により、前記到達予想時間を更新保持し、
    　通信可能な前記送信先の機器に対し、前記時刻情報の送信を繰り返し行う、
    　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の時刻同期方法。
  8. 　ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期プログラムであって、
    　送信元の機器に、
    　前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信させ、
    　前記送信先の機器に、
    　受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択させ、
    　前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正させる、
    　処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行わせることを特徴とする時刻同期プログラム。
  9. 　ネットワーク接続された複数の機器間で互いの時刻を同期させる時刻同期システムであって、
    　送信元の機器は、
    　前記ネットワークを介して通信接続された送信先の機器に自機の時計の精度を含む時刻情報をそれぞれ送信する制御部を有し、
    　前記送信先の機器は、
    　受信した複数の前記時刻情報のうち前記時計の精度が最も高い時刻情報を送信した前記送信元の機器を選択し、
    　前記選択した前記送信元の機器が送信した前記時刻情報に基づき時刻を修正する、
    　処理を前記ネットワーク内で通信可能な機器間で繰り返し行う制御部を有する、
    　ことを特徴とする時刻同期システム。
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