JP2009065579A - Time synchronizing system, time synchronizing method, node, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ネットワークを介して複数の装置の時刻を同期させるための技術に関し、特に、ネットワーク内におけるマスタノードとスレーブノードとの間の時刻オフセットを補正するためのシステムおよび方法に関するものである。 The present invention relates to a technique for synchronizing the times of a plurality of devices via a network, and more particularly to a system and method for correcting a time offset between a master node and a slave node in a network.
通信システムや制御システムが複雑化し、多数のノードが分散配置されるようになった現在、ノード間の時刻を同期させることが重要になっている。 Now that communication systems and control systems have become complex and a large number of nodes have been distributed, it is important to synchronize the time between the nodes.
たとえば、工業オートメーションのシステムでは、センサやモーションコントローラの時刻同期を維持することによって、より高度な処理を実行できるようになる。 For example, in industrial automation systems, more sophisticated processing can be performed by maintaining time synchronization of sensors and motion controllers.
ここで問題となるのは、温度変化や経年変化などの環境変化によって、個々の装置の時刻にズレが生じるという点である。このため、正確な時刻同期を維持するためには何らかの補正メカニズムが必要となる。 The problem here is that the time of each device is shifted due to environmental changes such as temperature changes and secular changes. For this reason, some correction mechanism is required to maintain accurate time synchronization.
ＩＥＥＥ１５８８では、ネットワーク上にある各装置の時刻をマイクロ秒未満の精度で同期する方法が規定されている。 IEEE 1588 defines a method for synchronizing the time of each device on the network with an accuracy of less than microseconds.
このＩＥＥＥ１５８８で規定されている技術は、ネットワーク上にあるマスタとスレーブとの間でタイムスタンプ情報のやりとりを行い、各スレーブ・クロックは、マスタ・クロックのタイムスタンプやネットワーク伝播遅延に関する情報を入手し、時刻同期アルゴリズムによってマスタ・クロックとの差分を求め、自身の時計のズレを補正する。このようにして、スレーブ・クロックとマスタ・クロックとの時刻の同期を取ることで、トリガやイベント、タイムスタンプを全ての装置上で一致させることができる。 The technology specified in IEEE 1588 exchanges time stamp information between a master and a slave on the network, and each slave clock obtains information on the master clock time stamp and network propagation delay. Then, the difference from the master clock is obtained by the time synchronization algorithm, and the deviation of the own clock is corrected. In this way, by synchronizing the time of the slave clock and the master clock, the trigger, event, and time stamp can be matched on all devices.
以下では、図１を用いて、時刻同期アルゴリズムの詳細内容を説明する。
〈ステップ１〉
まず、マスタ１０がスレーブ１１に対して定期的にSyncメッセージを送信する。
Hereinafter, the detailed contents of the time synchronization algorithm will be described with reference to FIG.
<
First, the
このSyncメッセージの送出がトリガとなって、マスタ１０は自身のローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Tm(0)）を自装置に記録する。
The
Syncメッセージがスレーブ１１に到着すると、それがトリガとなってスレーブ１１は自身のローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Ts(0)）を自装置に記録する。
〈ステップ２〉
次に、マスタ１０がスレーブ１１に対してFollow_upメッセージを送信する。このメッセージの中には、先にSyncメッセージを送出したときに記録したマスタ１０のローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Tm(0)）が含まれている。
When the Sync message arrives at the
<
Next, the
スレーブ１１は、自身が記録したローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Ts(0)）と、送信されて来たFollow_upメッセージに含まれているマスタ１０のローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Tm(0)）とのタイムスタンプをもとに、以下のようにして、マスタ・クロックとスレーブ・クロックの差分を求める。
Dms=Ts(0)-Tm(0)=Delay-Offset （式１）
ここで、Delayはネットワークの伝播遅延であり、Offsetはマスタ・クロック１０に対するスレーブ１１の時刻オフセット（進み）である。
〈ステップ３〉
次に、スレーブ１１がマスタ１０に対して「Delay Request (Delay_Req)」メッセージを送信する。
The
Dms = Ts (0) -Tm (0) = Delay-Offset (Formula 1)
Here, Delay is a propagation delay of the network, and Offset is a time offset (advance) of the
<Step 3>
Next, the
このDelay_Reqメッセージの送出がトリガとなって、スレーブ１１は自身のローカル・システム時間のタイムスタンプ（Ts(1)）を記録する。
The transmission of the Delay_Req message triggers the
Delay_Reqメッセージがマスタ１０に到着すると、それがトリガとなってマスタ１０は自身のローカル・システム時間のタイムスタンプ（Tm(1)）を記録する。
〈ステップ４〉
マスタ１０がスレーブ１１に対して「Delay Response (Delay_Resp)」メッセージを返信する。このメッセージの中には、先にDelay_Reqメッセージを受信した時のマスタ１０のタイムスタンプ（Tm(1)）が含まれている。
When the Delay_Req message arrives at the
<Step 4>
The
スレーブ１１は、自身が記録したローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Ts(1)）と、送信されて来たDelay_Reqメッセージに含まれているマスタ１０のローカル・システム・クロックのタイムスタンプ（Tm(1)）とのタイムスタンプをもとに、マスタ・クロックとスレーブ・クロックとの差分を求める。
Dsm=Tm(1)-Ts(1)=Delay+Offset （式２）
以上のようにして得られたDsmとDmsとから、時刻オフセットを求めることができる。
(Dsm-Dms)/2=Offset （式３）
このように、４つの手順を踏むことで、スレーブ１１はマスタ１０との時刻オフセットを求めるとともに、このオフセットの情報を元に時刻ズレを補正することにより、マスタ１０との時刻同期を行うことが可能である。
Dsm = Tm (1) -Ts (1) = Delay + Offset (Formula 2)
The time offset can be obtained from Dsm and Dms obtained as described above.
(Dsm-Dms) / 2 = Offset (Formula 3)
In this way, by following the four steps, the
上記説明では、ＩＥＥＥ１５８８のスレーブが物理リンクでマスタに直接結ばれている場合を例にして説明した。しかしながら、実際には、マスタとスレーブとの間にルータやスイッチなどの装置が存在し、これらの装置によってマスタとスレーブとの間の遅延時間が変化してしまうので、ルータやスイッチなどの装置による遅延を考慮しないと、時刻同期精度が劣化する恐れがある。ＩＥＥＥ１５８８では、このようにルータやスイッチが介在するような場合でも、時刻同期を正確に行う方法として、バウンダリークロック（Boundary Clock）と呼ばれる機能を定義している。このバウンダリークロック機能をルータやスイッチに組み込むことにより、ルータやスイッチの転送処理による遅延時間のバラつきや変動を吸収することができる。以下において、その動作を説明する。 In the above description, the case where the IEEE 1588 slave is directly connected to the master via a physical link has been described as an example. However, in reality, there are devices such as routers and switches between the master and slave, and these devices change the delay time between the master and slave. If the delay is not taken into account, the time synchronization accuracy may be deteriorated. IEEE 1588 defines a function called a boundary clock as a method for accurately performing time synchronization even when a router or a switch is interposed in this way. By incorporating this boundary clock function into a router or switch, it is possible to absorb variations and fluctuations in delay time due to transfer processing of the router or switch. The operation will be described below.
図２では、スイッチ２１にバウンダリークロック２２、スイッチ２３にバウンダリークロック２４を組み込んでいる。
In FIG. 2, a
このような構成の場合、バウンダリークロック２２は、マスタ２０に対するスレーブとして振る舞い、マスタ２０と時刻同期を行う。
In the case of such a configuration, the
次に、バウンダリークロック２２は、バウンダリークロック２４のマスタとして振る舞い、バウンダリークロック２４と時刻同期を行う。
Next, the
このとき、バウンダリークロック２４は、バウンダリークロック２２に対するスレーブとして動作する。
At this time, the
そして、バウンダリークロック２４は、スレーブ２５に対するマスタとして振る舞い、スレーブ２５の時刻同期を行う。
The
このように、マスタ２０とスレーブ２５とが直接接続されていない場合でも、それらの間に介在する装置に設けられているバウンダリークロックが時刻同期を中継していくことにより、スイッチやルータの転送処理による遅延変動の影響を受けることなく、正確な時刻同期を行うことができる。
In this way, even when the
しかしながら、バウンダリークロックは非常に特殊な機能であり、現在市販されているようなルータやスイッチには組み込まれていない。 However, the boundary clock is a very special function and is not incorporated in routers and switches that are currently on the market.
そのため、上述の方法で時刻同期を行うには、スイッチやルータの設計を変更する必要があり、装置価格が上昇してしまう。 For this reason, in order to perform time synchronization by the above-described method, it is necessary to change the design of the switch and the router, which increases the device price.
また、バウンダリークロックを中継させて時刻同期を行う場合の注意点として、中継するバウンダリークロックの数に比例して時刻同期誤差が蓄積してしまうことが挙げられる。これは、バウンダリークロックの発振器の安定精度にもよるが、中継するバウンダリークロック数が増えれば増えるほど、元々のマスタ２０の時刻とズレが生じてくるので、バウンダリークロックを介してスレーブ２５に伝達される時刻には大きな誤差が出てくる。
In addition, as a point of caution when performing time synchronization by relaying boundary clocks, it can be mentioned that time synchronization errors accumulate in proportion to the number of boundary clocks to be relayed. This depends on the stability accuracy of the oscillator of the boundary clock. However, as the number of boundary clocks to be relayed increases, the time difference from the
したがって、これらの問題を抱えているバウンダリークロックを用いることなく、離れたマスタとスレーブとの間の時刻を同期できる方法が切望されている。 Therefore, a method that can synchronize the time between a distant master and a slave without using a boundary clock having these problems is desired.
ただし、上記バウンダリークロックを用いることなく、離れたノード間の時刻同期をネットワークを介して実現するには、同期精度の劣化要因を完全に除去する必要がある。同期精度を劣化させる要因として、ネットワークのルーティング経路の非対称性による同期のズレが挙げられる。 However, in order to realize time synchronization between distant nodes via the network without using the boundary clock, it is necessary to completely remove the cause of deterioration in synchronization accuracy. As a factor that degrades the synchronization accuracy, there is a synchronization shift due to asymmetry of the routing route of the network.
ＩＥＥＥ１５８８では、前述したように、ネットワーク内の遅延（Delay）がマスタとスレーブとの間で対称となっていることを前提としているが、ルーティング経路によっては遅延時間が非対称となるケースが存在する。 In IEEE 1588, as described above, it is assumed that the delay in the network is symmetric between the master and the slave, but there is a case where the delay time is asymmetric depending on the routing path.
たとえば、図３のようなネットワークを考えた場合、マスタ３０からスレーブ３１に向けて送信されたパケットが通る経路３２と、スレーブ３１からマスタ３０に向けて送信されたパケットが通る経路３３は異なっている。
For example, when considering a network as shown in FIG. 3, a
このように、ルーティング経路の非対称性により、ネットワークの伝播遅延が非対称となるケースが存在する。 Thus, there is a case where the propagation delay of the network is asymmetric due to the asymmetry of the routing path.
この場合、ＩＥＥＥ１５８８では時刻同期精度が劣化してしまう。以下では、その精度劣化の影響について説明する。 In this case, the time synchronization accuracy deteriorates in IEEE 1588. Below, the influence of the accuracy deterioration is demonstrated.
図４のように、マスタ４０からスレーブ４１への伝送遅延をPropagate1、スレーブ４１からマスタ４０への伝送遅延をPropagate2とすると、上記の式１、式２は以下のように表せる。
Dms=Ts(i)-Tm(i)=Propagate1-Offset （式４）
Dsm=Tm(j)-Ts(j)=Propagate2+Offset （式５）
以上のようにして得られたDsmとDmsとから、時刻オフセットを求めようとすると以下のようになる。
(Dsm-Dms)/2=Offset+(Propagate2-Propagate1)/2 （式６）
上式から分かるように、時刻オフセットを求めようとしても、(Propagate2-Propagate1)/2だけの誤差が生じてしまうので、正確な時刻同期は不可能である。
As shown in FIG. 4, when transmission delay from the
Dms = Ts (i) -Tm (i) = Propagate1-Offset (Formula 4)
Dsm = Tm (j) -Ts (j) = Propagate2 + Offset (Formula 5)
From the Dsm and Dms obtained as described above, the time offset is obtained as follows.
(Dsm-Dms) / 2 = Offset + (Propagate2-Propagate1) / 2 (Formula 6)
As can be seen from the above equation, an error of only (Propagate2-Propagate1) / 2 occurs even if the time offset is obtained, so accurate time synchronization is impossible.
そこで、本発明では、ネットワークのルーティング経路の非対称性による同期のズレを補正して、バウンダリークロックを用いることなく、離れたマスタとスレーブとの間の時刻を同期することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to correct a synchronization shift caused by asymmetry of a routing route of a network and synchronize the time between a remote master and a slave without using a boundary clock.
更に、ネットワークのルーティング経路の非対称性による同期のズレを補正しても、データリンク層や物理層が非対称であると、やはり時刻同期誤差が発生する。即ち、ネットワーク層、データリンク層、および物理層の３つのレイヤにおける伝送経路のうち、１つでも経路が非対称となっている場合には時刻同期誤差が発生する。 Further, even if the synchronization deviation due to the asymmetry of the network routing path is corrected, if the data link layer or the physical layer is asymmetric, a time synchronization error still occurs. That is, a time synchronization error occurs when even one of the transmission paths in the three layers of the network layer, the data link layer, and the physical layer is asymmetric.
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、非対称な経路が一部に含まれているようなネットワークでも、バウンダリークロックを用いることなく、マスタとスレーブとの間の時刻同期を正確に実現できる技術を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to use a boundary clock without using a boundary clock even in a network in which an asymmetric route is included in part. An object of the present invention is to provide a technology capable of accurately realizing time synchronization between a master and a slave.
上記課題を解決するための本発明は、時刻同期システムであって、マスタノードとスレーブノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査手段と、前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称であるマスタノードとスレーブノードとの間の時刻オフセットを補正して互いの時刻を同期させる時刻同期手段とを備えていることを特徴とする。 The present invention for solving the above-mentioned problems is a time synchronization system, in which a route investigation means for examining a round-trip routing route between a master node and a slave node, and as a result of the investigation, the round-trip routing route is symmetrical And a time synchronization means for correcting the time offset between the master node and the slave node to synchronize each other's time.
上記課題を解決するための本発明は、時刻同期方法であって、マスタノードとスレーブノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査ステップと、前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称である場合、マスタノードの時刻にスレーブノードの時刻を合わせるように補正する時刻同期ステップとを有することを特徴とする。 The present invention for solving the above-mentioned problem is a time synchronization method, in which a route check step for checking a round-trip routing route between a master node and a slave node, and as a result of the check, a round-trip routing route is symmetrical And a time synchronization step for correcting the time of the slave node to match the time of the master node.
上記課題を解決するための本発明は、時刻を同期するプログラムであって、前記プログラムは前記ノードに、マスタノードと自ノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査処理と、前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称である場合、マスタノードの時刻に自ノードの時刻を合わせるように補正する時刻同期処理とを実行させることを特徴とする。 The present invention for solving the above-mentioned problem is a program for synchronizing time, and the program investigates the node into a route investigation process for examining a round-trip routing route between the master node and the own node, and the investigation. As a result, when the round-trip routing path is symmetric, a time synchronization process for correcting the time of the own node to the time of the master node is executed.
上記課題を解決するための本発明は、時刻を同期させるノードであって、マスタノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査手段と、前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称であるマスタノードとの間の時刻オフセットを補正して互いの時刻を同期させる時刻同期手段とを備えていることを特徴とする。 The present invention for solving the above-mentioned problems is a node for synchronizing time, route investigation means for investigating a round-trip routing route with a master node, and as a result of the investigation, the round-trip routing route is symmetrical. Time synchronization means for correcting a time offset with a certain master node and synchronizing each other's time is provided.
本発明によると、スレーブは、ルーティング経路が往復で一致するマスタと時刻同期を図るとともに、他のノードとの間の片方向遅延時間の対称性を調査することにより、自身に残留している同期誤差量を推定することができる。そして、これによってネットワークの伝播経路が非対称の場合でも時刻同期を正確に実現できる。 According to the present invention, a slave synchronizes with a master whose routing path is reciprocally matched, and at the same time, it investigates the symmetry of the one-way delay time with other nodes, thereby remaining synchronization with itself. The amount of error can be estimated. As a result, time synchronization can be accurately realized even when the propagation path of the network is asymmetric.
これは、本発明の時刻同期システムが、通信相手となるノードまでのルーティング経路を調査する経路調査部と、往復のルーティング経路の一致状態を調査する経路比較部と、通信相手となるノードまでの片方向遅延時間を測定する遅延測定部と、マスタ−スレーブ間の時刻オフセットを補正する時刻同期部とを有し、スレーブは往復のルーティング経路が一致するようなマスタと時刻同期を図るからである。 This is because the time synchronization system of the present invention investigates the routing path to the routing path to the communication partner node, the path comparison section to check the matching state of the round-trip routing path, and the communication partner to the node. This is because it has a delay measurement unit that measures a one-way delay time and a time synchronization unit that corrects a time offset between the master and slave, and the slave synchronizes with the master whose round-trip routing paths match. .
更に、スレーブは他のノードとの間で測定された片方向遅延時間の対称性を確認することにより、スレーブに残留している時刻同期誤差量を推定できるからである。 Furthermore, the slave can estimate the amount of time synchronization error remaining in the slave by confirming the symmetry of the one-way delay time measured with another node.
これにより、ネットワーク層（IPなど）のルーティング経路が非対称となっている場合だけでなく、データリンク層（Ethernetなど）や物理層の伝播経路が非対称となっている場合でも、その同期誤差を検出するとともに補正することが可能である。 This enables detection of synchronization errors not only when the routing path of the network layer (IP etc.) is asymmetric but also when the propagation path of the data link layer (Ethernet etc.) or physical layer is asymmetric. And can be corrected.
本発明の特徴と実施形態を説明するために、以下において、図面を参照して具体的な実施例を述べるものとする。しかしながら、これらの図面および説明は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、その範囲を限定するものではないことを理解されたい。 In order to describe the features and embodiments of the present invention, specific examples will be described below with reference to the drawings. However, it should be understood that these drawings and description show only typical embodiments of the invention and do not limit the scope thereof.
本発明を実施するための第１の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 A first embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<構成>
図５は、本発明の時刻同期システムの構成図である。
図５を参照すると、本発明の第１の実施の形態は、マスタ５００、マスタ５２０と、スレーブ５１０、スレーブ５３０、スレーブ５４０、スレーブ５５０と、ネットワーク５６０とを含む。
<Configuration>
FIG. 5 is a block diagram of the time synchronization system of the present invention.
Referring to FIG. 5, the first embodiment of the present invention includes a
マスタ５００は、パケット送受信部５０１と、経路調査部５０２と、経路比較部５０３と、遅延測定部５０４と、時刻同期部５０５とを含んでいる。尚、マスタ５００には他のマスタ、本実施の形態ではマスタ５２０との間のオフセットがないことを前提とする。
The
同じく、スレーブ５１０は、パケット送受信部５１１と、経路調査部５１２と、経路比較部５１３と、遅延測定部５１４と、時刻同期部５１５とを含んでいる。
Similarly, the
マスタ５２０は、上述のマスタ５００と同じ構成であり、同様にスレーブ５３０、スレーブ５４０、スレーブ５５０は上述のスレーブ５１０と同じ構成である。
The
ネットワーク５６０は、図５中に丸印で示される複数のルータを含んでいる。ただし、ネットワーク５６０は、図５には記載されていないが、ルータ間をネットワーク層の下位層に当たるデータリンク層のEthernetスイッチ（Ethernet：登録商標）や物理層の方向性分岐スイッチなどで接続されているものとする。
The
以下では、マスタ５００とスレーブ５１０との間で時刻同期を行う場合を例にして、その構成要素を説明する。
Below, the case where time synchronization is performed between the
＜マスタ＞
マスタ５００の時刻同期部５０５は、時刻同期用メッセージをスレーブ５１０に送信するために生成する。なお、ここでは、このメッセージはＩＥＥＥ１５８８に準拠したものを使用する場合を用いて説明するが、他の方法を用いても良い。この場合、時刻同期部５０５はSyncメッセージ、Follow-upメッセージ、およびDelay Responseメッセージを作成し、パケット送受信部５０１に渡す。また、時刻同期部５０５は、スレーブ５１０からのDelay Requestメッセージをパケット送受信部５０１を介して受け取る。
<Master>
The
マスタ５００の経路調査部５０２は、スレーブ５１０までのルーティング経路、即ち、スレーブ５１０との間でデータを送受信するにあたって選択された最適な経路を調べるために、スレーブ５１０に向けてトレースルート（traceroute）を実行する。トレースルートについては、例えば、非特許文献（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｔｍａｒｋｉｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｆｎｅｔｗｏｒｋ／ｎｅｔｃｏｍ／ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ．／ｈｔｍｌ）に記載されているような方法を用いればよい。トレースルートでは、経路調査部５０２は、ルータを通過する度にTTL（Time to Live）を変化させるパケットをスレーブ５１０宛に送信する。また、経路調査部５０２は、TTLが０になった時点でルータから送り返されてくるICMP Time Exceededメッセージをパケット送受信部５０１を介して受け取る。このトレースルートにより、経路調査部５０２は、マスタ５００からスレーブ５１０までの間に存在するルータを把握し、ルーティング経路情報を作成する。
The
そして、経路比較部５０３は、経路調査部５０２からトレースルートによって得られたスレーブ５１０までのルーティング経路情報を受け取る。経路比較部５０３は、このルーティング経路情報を通信相手となるスレーブ５１０の経路比較部５１３に転送する。
Then, the
遅延測定部５０４は、通信相手となるスレーブ５１０とのオフセット時間を測定するために、パケット送受信部５０１を介してタイムスタンプが付加されたメッセージをスレーブ５１０の遅延測定部５１４とやり取りする。
The
パケット送受信部５０１は、時刻同期部５０５、経路調査部５０２、経路比較部５０３、および遅延測定部５０４から送信メッセージを受け取ると、受け取ったメッセージにＩＰヘッダとＭＡＣヘッダを付けた後、ネットワーク５６０に送信する。また、パケット送受信部５０１は、ネットワーク５６０からパケットを受信すると、そのパケットの宛先に応じて、時刻同期部５０５、経路調査部５０２、経路比較部５０３、および遅延測定部５０４に渡す。
When the packet transmission /
＜スレーブ＞
スレーブ５１０の時刻同期部５１５は、時刻同期用メッセージをマスタ５００の時刻同期部５０５から受信する。なお、ここでは、このメッセージは、ＩＥＥＥ１５８８に準拠したものを使用した場合を用いて説明するが他の方法を用いても良い。この場合、時刻同期部５１５は、Syncメッセージ、Follow-upメッセージ、およびDelay Responseメッセージをパケット送受信部５１１を介して受け取る。また、時刻同期部５１５は、Delay Requestメッセージを作成するとともに、パケット送受信部５１１を介してマスタ５００へ送信する。
<Slave>
The
スレーブ５１０の経路調査部５１２は、マスタ５００までのルーティング経路を調べるために、マスタ５００に向けてトレースルート（traceroute）を実行する。トレースルートでは、経路調査部５１２は、TTLを変化させながらマスタ５００を宛先としたパケットを送信する。また、経路調査部５１２は、TTLが０になった時点でルータから送り返されてくるICMP Time Exceededメッセージをパケット送受信部５１１を介して受け取る。このトレースルートにより、経路調査部５１２は、スレーブ５１０からマスタ５００までの間に存在するルータを把握し、ルーティング経路情報を作成することができる。
The
そして、経路比較部５１３は、経路調査部５１２から、トレースルートによって得られたマスタ５００までのルーティング経路情報を受け取る。また、経路比較部５１３は、通信相手となるマスタ５００の経路比較部５０３から、マスタ５００からスレーブ５１０までのルーティング経路情報をネットワーク５６０を介して受け取る。これで、経路比較部５１３は、マスタ５００→スレーブ５１０と、スレーブ５１０→マスタ５００の往復のルーティング経路情報を手に入れる。そして、経路比較部５１３は、これら２つのルーティング経路情報を比較して、ルーティング経路に不一致の箇所があるかチェックする。不一致の箇所が見つからなければ、マスタ５００と時刻同期を行うために、時刻同期部５１５に命令する。逆に、不一致する箇所が見つかった場合には、経路比較部５１３は、経路調査部５１２に別のマスタへのルーティング経路を調査するように指示を出す。
Then, the
遅延測定部５１４は、通信相手となる任意のノードとの間の片方向遅延時間を測定するために、パケット送受信部５１１を介して、タイムスタンプが付加されたメッセージを他ノードの遅延測定部とやり取りする。
In order to measure the one-way delay time with an arbitrary node that is a communication partner, the
パケット送受信部５１１は、時刻同期部５１５、経路調査部５１２、および遅延測定部５１４から送信メッセージを受け取ると、受け取ったメッセージにＩＰヘッダとＭＡＣヘッダを付けた後、ネットワーク５６０に送信する。また、パケット送受信部５１１は、ネットワーク５６０からパケットを受信すると、そのパケットの宛先に応じて、時刻同期部５１５、経路調査部５１２、経路比較部５１３、および遅延測定部５１４に渡す。
When packet transmission /
<動作>
まず、第１の実施の形態の動作概要について述べる。
第１の実施の形態では、図５のように、丸印で示される複数のルータを含むネットワークを想定しており、ネットワーク層のルーティング経路が非対称になりうるモデルを想定している。さらに、ルータ間を結ぶリンクの一部は、リンク５６１（３重線）のように非対称線路になっているネットワークを想定している。本発明は、このようなネットワークでも、経路の非対称性によって生じる同期精度の劣化を防ぎ、正確な時刻同期を実現できるシステムであり、その動作概要について以下に述べる。
<Operation>
First, an outline of the operation of the first embodiment will be described.
In the first embodiment, as shown in FIG. 5, a network including a plurality of routers indicated by circles is assumed, and a model in which routing paths in the network layer can be asymmetric is assumed. Furthermore, a part of a link connecting routers is assumed to be a network having an asymmetrical line such as a link 561 (triple line). The present invention is a system capable of preventing deterioration of synchronization accuracy caused by path asymmetry and realizing accurate time synchronization even in such a network, and its operation outline will be described below.
まず、ネットワーク層（IP）における経路の非対称性は、トレースルートでルーティング経路を調査することにより検出することが可能である。 First, path asymmetry in the network layer (IP) can be detected by examining the routing path with a trace route.
したがって、スレーブは、まずトレースルートを用いて、ルーティング経路が双方向で対称となっているようなマスタを検出し、そのマスタと時刻同期を行う。 Therefore, the slave first uses a trace route to detect a master whose routing path is bidirectional and symmetrical, and performs time synchronization with the master.
しかしながら、データリンク層や物理層における経路の非対称性は、トレースルートで調査しても検出することはできない。 However, the path asymmetry in the data link layer and the physical layer cannot be detected even by examining the trace route.
なぜなら、トレースルートで検出できるデバイスはネットワーク層のルータだけであり、データリンク層のイーサネットスイッチ（イーサネット：登録商標）や物理層の方向性分岐スイッチはトレースルートではその存在を検出できないからである。 This is because only devices in the network layer can be detected by the trace route, and Ethernet switches (Ethernet: registered trademark) in the data link layer and directional branch switches in the physical layer cannot be detected in the trace route.
図５に示されるように、スレーブ５３０は、データリンク層や物理層の経路が非対称になっているリンク５６１を介してマスタ５００と時刻同期を行っているが、上記の理由により、このスレーブ５３０には時刻同期誤差が残留してしまう。
As shown in FIG. 5, the
そこで、このような時刻同期誤差が残っているスレーブ５３０を検出するために、第１の実施の形態では、経路が対称となっているノード同士で片方向遅延時間を測定する。例えば、時刻オフセットが残っていないスレーブ５１０とスレーブ５４０で片方向遅延時間を測定した場合、理由は以下で述べるが、スレーブ５１０→スレーブ５４０の片方向遅延時間と、スレーブ５４０→スレーブ５１０の片方向遅延時間は等しくなる。
Therefore, in order to detect the
一方、時刻オフセットが残留しているスレーブ５３０と、時刻オフセットが残留していないスレーブ５１０とで片方向遅延時間を測定した場合、スレーブ５１０→スレーブ５４０の片方向遅延時間と、スレーブ５４０→スレーブ５１０の片方向遅延時間は、スレーブ５３０の時刻オフセットの分だけ時間差が生じる。
On the other hand, when the one-way delay time is measured by the
第１の実施の形態では、この片方向遅延時間に関する特徴を利用することにより、時刻オフセットが残留しているスレーブを検出する。すなわち、時刻オフセットが残留していないスレーブであれば、複数の他のノードと片方向遅延時間を測定していけば、いつかは遅延時間が往復で対称となるようなノードを見つけることができる。これに対して、時刻オフセットが残留しているスレーブでは、いつまで経っても遅延時間が往復で対称となるようなノードを見つけることができない。 In the first embodiment, a slave with a remaining time offset is detected by using the feature related to the one-way delay time. In other words, if the slave has no time offset remaining, it is possible to find a node whose delay time is symmetric in a round trip by measuring the one-way delay time with a plurality of other nodes. On the other hand, in the slave in which the time offset remains, it is not possible to find a node whose delay time is reciprocally symmetrical regardless of the time.
このように、片方向遅延時間の対称性を調査していくことにより、データリンク層や物理層の経路の非対称によって時刻オフセットが生じているスレーブを検出できる。 In this way, by investigating the symmetry of the one-way delay time, it is possible to detect a slave in which a time offset occurs due to the asymmetry of the path of the data link layer or the physical layer.
また、その時刻オフセット量は、以下で詳しく述べるように、往復の片方向遅延の時間差と相関がある値となっており、他のノードとの片方向遅延時間差から残留している時刻オフセット量を推測できる。 Further, as will be described in detail below, the time offset amount has a value correlated with the time difference between the one-way delays in the round trip, and the time offset amount remaining from the one-way delay time difference with other nodes is calculated. I can guess.
以上の理由から、第１の実施の形態は、ネットワーク層/データリンク層/物理層の経路が非対称となっているようなネットワークでも、正確な時刻同期システムを実現することができる。 For the above reasons, the first embodiment can realize an accurate time synchronization system even in a network in which the route of the network layer / data link layer / physical layer is asymmetric.
次に、図５及び図６を参照しながら、第１の実施の形態の動作の詳細について説明する。 Next, details of the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
図６は、スレーブの処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing the processing flow of the slave.
以下の説明では、スレーブ５１０の動作を例に取り上げて説明する。
In the following description, the operation of the
まず、スレーブ５１０の経路調査部５１２は、往復のルーティング経路が等しくなるようなマスタを検出すべく、スレーブ５１０から各マスタ（マスタ５００、マスタ５２０）までのルーティング経路をトレースルートで調査する（ステップ６０２）。
First, the
この際、スレーブ５１０の経路調査部５１２は、各マスタからスレーブ５１０までのルーティング経路も調査するべく、各マスタの経路調査部に経路調査要求メッセージを送信する。
At this time, the
各マスタの経路調査部は、スレーブ５１０から経路調査要求メッセージを受け取ると、マスタからスレーブ５１０までのルーティング経路を調査する。この調査が完了すると、各マスタは、ルーティング経路の調査結果をスレーブ５１０の経路比較部５１３に送付する。
When the route investigation unit of each master receives the route investigation request message from the
そして、経路比較部５１３において、スレーブ５１０と各マスタ（マスタ５００、マスタ５２０）との間の往復のルーティング経路が対称かどうかチェックされる。
Then, the
ここで、スレーブ５１０とマスタ５２０の間のルーティング経路は、図７に示されるように方向によって通過ルートが異なっているので、非対称となっている。
Here, the routing route between the
一方、スレーブ５１０とマスタ５００の間のルーティング経路は、図８に示されるように往復で同一ルートを通っているので、対称である。
On the other hand, the routing path between the
このため、経路比較部５１３は、マスタ５００と時刻同期の処理を行うように時刻同期部５１５に指示する（図６のステップ６０３）。
Therefore, the
そして、時刻同期部５１５は、マスタ５００と時刻同期用メッセージを交換する。この時刻同期メッセージには、IEEE１５８８で規定されている方法を利用しても良い。
Then, the
以上の処理により、マスタ５００とスレーブ５１０の間で時刻同期が行われるが、この際、往復のルーティング経路が対称となっているマスタ５００−スレーブ５１０間で時刻同期を行っているので、スレーブ５１０に時刻同期誤差は生じない。
With the above processing, time synchronization is performed between the
しかしながら、ネットワーク層よりも下のレイヤの伝播経路、即ち、データリンク層や物理層における伝送経路が非対称になっている場合、これらの処理だけでは時刻同期誤差が残留してしまう。 However, when the propagation path of the layer below the network layer, that is, the transmission path in the data link layer or the physical layer is asymmetric, a time synchronization error remains only with these processes.
例えば、図５の中で３重線によって示されているリンク５６１は、方向によって異なる伝送路を通るように設計されている。
For example, the
図９は、そのリンク５６１の物理層における状態を示しているが、ルータからのケーブルは方向性分岐スイッチで２つに分岐され、パケットの伝播方向によって異なる経路を通るように制御されている。ここで、この２つの経路の伝播遅延時間差（片方向遅延誤差）をDoffsetとする。
FIG. 9 shows the state of the
このように、ネットワーク層よりも下のレイヤで非対称となっている場合には、上述のトレースルートを用いた方法ではその非対称性を検出できない。このため、例えば、図５で示されるように、スレーブ５３０がこのような非対称リンク５６１を介してマスタ５００と時刻同期を行っているとすると、時刻同期誤差が残留してしまう。
As described above, when the layer below the network layer is asymmetric, the method using the trace route described above cannot detect the asymmetry. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, if the
このとき残留する時刻同期誤差はリンクの非対称遅延量の半分、すなわちDoffset/2であり、スレーブ５３０の時計はこの誤差分だけ時刻にズレが生じている。
At this time, the remaining time synchronization error is half of the asymmetric delay amount of the link, that is, Doffset / 2, and the clock of the
各スレーブは、自身がもつ時計に、このような同期誤差が含まれていないかどうかを判断するとともに、その誤差量を推定するために、図６のステップ６０５〜６１６の処理を行う。
Each slave determines whether or not such a synchronization error is included in its own clock, and performs the processing of
以下にその処理について述べる。 The process will be described below.
まず、各スレーブ（スレーブ５１０、スレーブ５３０、スレーブ５４０、スレーブ５５０）は、図６のステップ６０１〜６０３の処理を行い、ネットワーク層のルーティング経路が対称となるようなマスタと時刻同期処理を既に実行しているものとする。図８はマスタノード５００とスレーブノード５１０とが時刻同期処理を実行して得られたルーティング経路を示し、図１０はマスタノード５００とスレーブノード５３０とが時刻同期処理を実行して得られたルーティング経路を示し、図１１はマスタノード５２０とスレーブノード５４０とが時刻同期処理を実行して得られたルーティング経路を示し、図１２はマスタノード５００とスレーブノード５５０とが時刻同期処理を実行して得られたルーティング経路を示している。
First, each slave (
ここで、ルーティング経路がリンク５６１を含んでいる場合にはスレーブに時刻同期誤差が残留することになるが、図８、図１０、図１１、図１２の経路を見ると分かるように、スレーブ５３０、スレーブ５５０はこの条件に当てはまるので同期誤差が残ってしまう。
Here, when the routing path includes the
図１３はその様子を示した図である。図１３を参照すると、スレーブ５３０、スレーブ５４０には同期誤差が残っていないが（Offset=0）、スレーブ５３０、スレーブ５５０にはDoffset/2の同期誤差が含まれている。
FIG. 13 shows the state. Referring to FIG. 13, no synchronization error remains in
このように、時刻同期誤差が残留しているスレーブ５３０、５５０を特定するとともに、その同期誤差量を検出すべく、各スレーブは図６のステップ６０５〜６１６の処理を実行する。
As described above, the
以下では、これらの処理のイメージを掴むため、同期誤差が残留しているスレーブ５３０のケースを例に挙げて説明する。
Hereinafter, in order to grasp the image of these processes, a case of the
まず、スレーブ５３０の経路調査部５１２は往復のルーティング経路が対称となる“新たなノード”を探索する（ステップ６０５）。
First, the
ここで、新たなノードとは、以下のいずれかの条件を満足するノードのことをさす。
・ステップ６０３で、時刻同期を行ったマスタ５００以外のマスタ（すなわち、本実施の形態ではマスタ５２０）
・既にマスタと時刻同期処理を実行している他のスレーブ（すなわち、本実施の形態ではスレーブ５１０、スレーブ５４０、スレーブ５５０）
Here, the new node refers to a node that satisfies any of the following conditions.
In
Other slaves that are already executing time synchronization processing with the master (that is,
ここで、スレーブ５３０の経路調査部５１２は、最初の通信相手として、スレーブ５４０を選んだとする。
Here, it is assumed that the
そして、スレーブ５３０の経路調査部５１２は、スレーブ５４０までの往復のルーティング経路が対称となるか確認するために、トレースルートで調査する（ステップ６０５）。このようにスレーブ５３０がスレーブ５４０との経路の対称性を調査する理由は、通信相手に選んだスレーブ５４０への経路が非対称になっている場合、スレーブ５３０とスレーブ５４０との間で片方向遅延時間を測定しても、その片方向遅延時間は時刻オフセットの影響だけでなく、スレーブ５３０とスレーブ５４０との間の経路の非対称性の影響も受けてしまうため、片方向遅延時間から時刻オフセットを正確に求めることができないからである。
Then, the
ここで、図１３のように、スレーブ５３０とスレーブ５４０との間のルーティング経路は往復で対称になっているものとする。
Here, as shown in FIG. 13, it is assumed that the routing path between the
この場合、スレーブ５３０の経路比較部５１３がスレーブ５３０とスレーブ５４０との間のルーティング経路は往復で対称になっているものと判断し、ステップ６０６の処理に進むが、新たなノードはスレーブであるので、ステップ６１３の処理に進む。
In this case, the
このステップ６１３では、スレーブ５３０とこのスレーブ５３０が時刻同期したマスタ５００との間のルーティング経路と、スレーブ５４０とこのスレーブ５４０が時刻同期したマスタ５２０との間のルーティング経路に重なる箇所がないかをスレーブ５３０の経路比較部５１３がチェックする。このように２つのルーティング経路の重なり具合を調査する理由は、もし２つの経路に重なっている箇所が存在する場合には、同じ量の時刻オフセットが２つのスレーブに残留している可能性があり、時刻同期誤差を除去できなくなるからである。
In this
たとえば、スレーブ５５０とマスタ５００との経路と、スレーブ５３０とマスタ５００との経路は、図１０、図１２を見ると分かるようにリンク５６１で重なっているが、この場合両者には同じ量の時刻オフセット（Doffset/2）が残留している。
For example, the route between the
このように同じ量の時刻オフセットが残留しているスレーブ間で片方向遅延時間を測定すると、その遅延時間は双方向で対称となる。第１の実施の形態では、このように片方向遅延時間が対称となるようなノードを１つでも見つけられたスレーブには時刻オフセットが残留していないと判断してしまうため（ステップ６０９）、スレーブに残っている同期誤差を除去できなくなってしまう。 When the one-way delay time is measured between slaves in which the same amount of time offset remains in this way, the delay time is symmetric in both directions. In the first embodiment, since it is determined that there is no time offset remaining in the slave in which even one node having such a symmetric one-way delay time is found (step 609), The synchronization error remaining in the slave cannot be removed.
したがって、このようなエラーを防ぐために、図６のステップ６１３において、スレーブ５３０とマスタ５００との間のルーティング経路と、スレーブ５４０とマスタ５２０との間のルーティング経路の重なり具合をチェックしている。
Therefore, in order to prevent such an error, in
ここで、図１０、図１１を見ると分かるように、２つのルーティング経路はまったく独立しており、重なる箇所はないので、図６のステップ６０７に進む。 Here, as can be seen from FIG. 10 and FIG. 11, the two routing paths are completely independent and there is no overlapping portion, so the process proceeds to step 607 in FIG.
ステップ６０７では、スレーブ５３０−マスタ５００間のルーティング経路とスレーブ５３０−スレーブ５４０間のルーティング経路に一致する箇所がないかスレーブ５３０の経路比較部５１３がチェックする。
In
このように２つのルーティング経路の重なり具合を調査する理由は、上記のステップ６１３と同じ理由である。つまり、この２つの経路に重なる箇所が存在する場合には、片方向遅延時間差を元にした判断に誤りが生じる可能性があり、このようなエラーを防ぐために、図６のステップ６０７において、２つのルーティング経路の重なり具合をチェックしている。
The reason for examining the overlapping state of the two routing paths in this way is the same reason as in
図１０、図１３を見ると分かるように、この２つのルーティング経路に重なる箇所は全くないので、スレーブ５３０の経路比較部５１３は、スレーブ５４０を片方向遅延時間を測定する対象として決定して、図６のステップ６０８に進む。
As can be seen from FIG. 10 and FIG. 13, since there is no place overlapping these two routing paths, the
ステップ６０８では、スレーブ５３０の遅延測定部５１４がスレーブ５３０−スレーブ５４０間の片方向遅延時間を測定する。
In
片方向遅延時間の測定方法は、以下のとおりである。 The method for measuring the one-way delay time is as follows.
送信側では、パケットを送信する瞬間の時刻をタイムスタンプとして付与してからパケットを送信する。 On the transmission side, the packet is transmitted after the time at which the packet is transmitted is given as a time stamp.
一方、受信側では、パケットを受信した時刻を観測する。 On the other hand, the receiving side observes the time when the packet is received.
このパケット受信時刻とパケットに付与されている送信時刻タイムスタンプから片方向遅延時間を算出する。 The one-way delay time is calculated from the packet reception time and the transmission time stamp attached to the packet.
ここで、スレーブ５３０→スレーブ５４０の片方向遅延時間は図１３のように、
DS540S530=Delay'+Doffset/2
で表される。
Here, the one-way delay time from the
DS540S530 = Delay '+ Doffset / 2
It is represented by
一方、スレーブ５４０→スレーブ５３０への片方向遅延時間は図１３のように
DS530S540=Delay'-Doffset/2
で表される。
On the other hand, the one-way delay time from the
DS530S540 = Delay'-Doffset / 2
It is represented by
ここで、スレーブ５３０の遅延測定部５１４は、DS540S530とDS530S540とを比較して、片方向遅延時間が対称であるか非対称であるかを確認する（ステップ６０９）。上記のように、スレーブ５３０−スレーブ５４０間の片方向遅延は方向によって異なっており一致しない。
Here, the
このため、スレーブ５３０の遅延測定部５１４は図６のステップ６１０に進み、片方向遅延時間の差、スレーブ５３０に残留している片方向遅延誤差であるDoffsetをデータベースに保存する。
For this reason, the
図６のステップ６１１の規定回数maxは、ここでは３に設定されているとする。
Here, it is assumed that the prescribed number max of
まだ一回目の試行であるので、スレーブ５３０はステップ６０５の処理に戻る。
Since it is still the first trial, the
次に、スレーブ５３０は、新たな通信相手（新たなノード）として、スレーブ５５０を選んだとする。
Next, it is assumed that the
ここで、図１４のように、スレーブ５３０−スレーブ５５０間は往復で同じルーティング経路を通っているので、ステップ６０６に進む。
Here, as shown in FIG. 14, since the
新たなノードはスレーブであるので、ステップ６１３に進み、スレーブ５３０−マスタ５００間のルーティング経路とスレーブ５５０−マスタ５００間のルーティング経路に一致する箇所がないかチェックする。
Since the new node is a slave, the process advances to step 613 to check whether there is a match between the routing path between the
ここで、図１０、図１２から分かるように、スレーブ５３０−マスタ５００間のルーティング経路と、スレーブ５５０−マスタ５００間のルーティング経路には、３重線で示されるリンク５６１が共有部分として存在している。
Here, as can be seen from FIG. 10 and FIG. 12, a
このため、スレーブ５３０は、このようなスレーブ５５０は通信相手として不適切と判定して、ステップ６０５に戻る。
（試行回数２回目）
スレーブ５３０は、次の通信相手（新たなノード）として、スレーブ５１０を選んだとする。
Therefore, the
(2nd trial)
Assume that the
ここで、図１５のように、スレーブ５３０−スレーブ５１０間は往復で同じルーティング経路を通っているので、ステップ６０６に進む。
Here, as shown in FIG. 15, the
新たなノードはスレーブであるので、ステップ６１３に進み、スレーブ５３０−マスタ５００間のルーティング経路とスレーブ５１０−マスタ５００間のルーティング経路ルーティング経路に一致する箇所がないかチェックする。
Since the new node is a slave, the process advances to step 613 to check whether there is a match between the routing path between the
図８、図１０を見ると分かるように、この２つのルーティング経路に重なる箇所は全くないので、図６のステップ６０８に進む。 As can be seen from FIG. 8 and FIG. 10, since there is no place overlapping these two routing paths, the process proceeds to step 608 in FIG.
ステップ６０８では、スレーブ５３０−スレーブ５１０間の片方向遅延時間を測定する。
In
ここで、スレーブ５１０→スレーブ５３０の片方向遅延時間は図１５のように、
DS510S530=Delay''-Doffset/2
で表される。
Here, the one-way delay time from the
DS510S530 = Delay ''-Doffset / 2
It is represented by
一方、スレーブ５３０→スレーブ５１０への片方向遅延時間は図１５のように、
DS530S510=Delay''+Doffset/2
で表される。
On the other hand, the one-way delay time from the
DS530S510 = Delay '' + Doffset / 2
It is represented by
このように、スレーブ５３０−スレーブ５１０間の片方向遅延は方向によって異なっており、一致しない。
Thus, the one-way delay between the
このため、スレーブは図６のステップ６１０に進み、片方向遅延時間の差であるDoffsetをデータベースに保存する。 Therefore, the slave proceeds to step 610 in FIG. 6 and stores Doffset, which is the difference in one-way delay time, in the database.
現在の試行回数は３回目であり、規定回数max=3を超えたので、ステップ６１５に抜ける。 The current number of trials is the third, and since the prescribed number max = 3 has been exceeded, the process goes to step 615.
この時点で、上述したように、スレーブ５３０はスレーブ５１０、５４０との片方向遅延誤差の測定結果を得ているが、スレーブ５３０にはDoffset/2の時刻オフセットが残っているため、他のスレーブとの片方向遅延は非対称となっていた。
At this time, as described above, the
そして、データベースに保存されている片方向遅延による片方向遅延誤差の時間は、どちらのスレーブともDoffsetであり、スレーブ５３０の時刻オフセット（Doffset/2）の２倍の値となっている。
The time of the one-way delay error due to the one-way delay stored in the database is Doffset for both slaves, and is twice the time offset (Doffset / 2) of the
したがって、スレーブ５３０の遅延測定部５１４はこのデータベースに保存されている遅延時間差を元に、２つのルーティング経路はまったく独立していると判定して、その遅延時間差を送出する。そしてスレーブ５３０の時刻同期部５１５は、送出された遅延時間差、即ちスレーブ５３０の時刻オフセット（Doffset/2）を補正することができる（図６のステップ６１５）。
Therefore, the
このようにして時刻オフセットを補正することによりマスタノードと同期させると、時刻同期処理は終了する（図６のステップ６１６）。
When the time offset is corrected in this way to synchronize with the master node, the time synchronization process ends (
以上の処理により、スレーブ５３０の時刻オフセットを補正できることが示された。
It has been shown that the time offset of the
このように、時刻オフセットが残留しているスレーブの場合、他のノードと片方向遅延時間を測定していっても、いつまで経ってもその遅延時間差が０となるようなノードを見つけることはできない。 In this way, in the case of a slave with a time offset remaining, even if one-way delay time is measured with another node, it is not possible to find a node whose delay time difference is zero even after lapse of time. .
この特徴を利用することにより、時刻オフセットが残留しているスレーブは、『自装置には、時刻オフセットが残留している』ということを認識できる。 By utilizing this feature, a slave with a time offset remaining can recognize that “the time offset remains in its own device”.
また、その時刻オフセット量は、他ノードとの片方向遅延時間差の半分となっており、測定結果から時刻オフセットを補正することが可能である。 The time offset amount is half of the one-way delay time difference from other nodes, and the time offset can be corrected from the measurement result.
上の例では、時刻オフセットが残留しているスレーブ５３０を例に挙げて、図６のステップ６０５〜６１６の処理を説明した。
In the above example, the processing in
一方、時刻オフセットが残留していないスレーブ５１０の場合の処理について考えてみる。
On the other hand, consider processing in the case of the
この場合も上記と同様の処理を行う。 In this case, the same processing as described above is performed.
まず、ステップ６０５において、スレーブ５１０は、最初の通信相手としてスレーブ５４０を選んだとする。
First, in
図１６のように、スレーブ５１０−スレーブ５４０間の往復のルーティング経路は一致するので、ステップ６０６に進む。
As shown in FIG. 16, since the round trip routing paths between the
新たなノードはスレーブであるので、ステップ６１３に進み、スレーブ５１０−マスタ５００間のルーティング経路と、スレーブ５５０−マスタ５００間のルーティング経路は一致する箇所がないかチェックする。
Since the new node is a slave, the process advances to step 613 to check whether there is a match between the routing path between the
ここで、図８、図１２を参照すると分かるように、スレーブ５１０−マスタ５００間のルーティング経路と、スレーブ５４０−マスタ５００間のルーティング経路は重なる箇所が一切ないのでステップ６０７に進む。
Here, as can be seen with reference to FIGS. 8 and 12, the routing path between the
ここで、図８、図１６を見ると分かるように、スレーブ５１０−マスタ５００間のルーティング経路と、スレーブ５１０−スレーブ５４０間のルーティング経路に重なる箇所は一切ないのでステップ６０８に進む。
Here, as can be seen from FIG. 8 and FIG. 16, since there is no portion overlapping the routing path between the
ステップ６０８では、スレーブ５１０−スレーブ５４０間の片方向遅延時間を測定する。
In
スレーブ５１０とスレーブ５４０には時刻オフセットが残ってないので、スレーブ５１０-スレーブ５４０間の片方向遅延時間は図１６に示すように双方向で一致するので０となる。このため、図６のステップ６１４に進み、処理は終了となる。
Since no time offset remains between the
このように、時刻オフセットが残留していないスレーブであれば、他のノードと片方向遅延時間を測定していけば、いつかはその遅延時間差が０となるようなノードを見つけることができる。この特徴を利用することにより、時刻オフセットが残留していないスレーブは、『自分には時刻オフセットが残留していない』ということを認識できる。従って、遅延測定部５１４は、スレーブ５１０とスレーブ５４０との往復の片方向遅延時間が対称であるため、残留している片方向遅延誤差は存在しないと認識して、時刻同期部５１５に同期しないことを通知する。
In this way, if the slave has no time offset remaining, by measuring the one-way delay time with other nodes, it is possible to find a node whose delay time difference becomes zero sometime. By utilizing this feature, a slave having no remaining time offset can recognize that “there is no remaining time offset”. Accordingly, the
以上の処理により、第１の実施例は、ネットワーク層/データリンク層/物理層の経路が非対称となっているようなネットワークでも、時刻オフセットが残っているスレーブを特定するとともに、その残留オフセットを補正し、正確な時刻同期システムを実現できることが示された。 As a result of the above processing, the first embodiment identifies the slave in which the time offset remains even in a network in which the path of the network layer / data link layer / physical layer is asymmetric, and the residual offset is determined. It was shown that it can be corrected and an accurate time synchronization system can be realized.
また、上記の説明では、図６のステップ６０９において、片方向遅延時間が対称、すなわち往復の片方向遅延時間が一致するかどうかチェックしていたが、要求される時刻同期精度によっては完全に一致している必要はない。
In the above description, it was checked in
たとえば、要求される時刻同期精度が数μs程度の場合には、片方向遅延時間がサブμsオーダの範囲で一致していれば、要求される時刻同期精度よりも十分低い値に収まっているので、これらの片方向遅延時間は一致しているという判断を下して差し支えない。 For example, if the required time synchronization accuracy is about several μs, if the one-way delay time is in the sub-μs order range, it is well below the required time synchronization accuracy. It can be judged that these one-way delay times coincide with each other.
このように、上記の説明は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、当該領域に精通した技術者であれば、上記の説明を元にして、実施形態に様々な変化を容易につけることが可能であり、上記説明はその範囲を限定するものではないことを理解されたい。 As described above, the above description shows only typical embodiments of the present invention, and those skilled in the field can easily make various changes to the embodiments based on the above description. It should be understood that the above description is not intended to limit the scope thereof.
尚、本発明は、上記ステップ６０３までの処理、即ちスレーブが往復のルーティング経路が一致するマスタと時刻を同期させる構成であっても、十分に、マスタとスレーブとの間の時刻同期を正確に実現できる。 In the present invention, even if the processing up to step 603, that is, the slave synchronizes the time with the master whose round-trip routing route matches, the time synchronization between the master and the slave is sufficiently accurate. realizable.
<効果>
次に、本発明を実施するための第１の実施の形態の効果について説明する。
本発明を実施するための第１の実施の形態では、マスタとスレーブ間での時刻同期を行った後に、スレーブ間で片方向遅延の対称性をチェックすることにより、時刻オフセットが残留しているスレーブノードを特定し、そのオフセットを補正する。これにより、ネットワーク遅延が非対称の場合でも正確な時刻同期を実現できるので、本発明の目的を達成することができる。
<Effect>
Next, the effect of the first embodiment for carrying out the present invention will be described.
In the first embodiment for carrying out the present invention, after performing time synchronization between the master and the slave, the time offset remains by checking the symmetry of the one-way delay between the slaves. Identify the slave node and correct its offset. Thereby, even when the network delay is asymmetrical, accurate time synchronization can be realized, so that the object of the present invention can be achieved.
次に、本発明を実施するための第２の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Next, a second embodiment for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第２の実施の形態では、例えば、マスタ同士の間にオフセットが生じていたり、ある組み合わせのマスタとスレーブとの間の経路が非対称であったりしていて、スレーブ間の片方向遅延時間差が一意な値に収まらないケースを想定している。 In the second embodiment, for example, there is an offset between masters, or a path between a master and a slave in a certain combination is asymmetric, and the one-way delay time difference between slaves is unique. Assumes a case that does not fit within the range.
このような場合でも、スレーブに残留している時刻オフセット量を推定するために、得られた片方向遅延時間差に平均化処理を施す。 Even in such a case, in order to estimate the time offset amount remaining in the slave, the obtained one-way delay time difference is averaged.
これにより、最も確からしい時刻オフセット量を算出することができ、正確な時刻同期システムを実現できるので、本発明の目的を達成することができる。 As a result, the most probable time offset amount can be calculated, and an accurate time synchronization system can be realized, so that the object of the present invention can be achieved.
<構成>
第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成と同じであるため、同様の構成については同一番号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Configuration>
Since the configuration of the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment, the same number is assigned to the same configuration, and detailed description thereof is omitted.
<動作>
次に、第２の実施の形態の動作について述べる。
第２の実施の形態では、図１７のように、複数のマスタと複数のスレーブが存在し、各スレーブと各マスタの間はネットワーク層よりも下のレイヤで経路が非対称となっているリンク８０１、８０２、８０３、８０４、８０５で接続されているものとする。
<Operation>
Next, the operation of the second embodiment will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 17, there are a plurality of masters and a plurality of slaves, and a link 801 in which a path is asymmetric in a layer below the network layer between each slave and each master. , 802, 803, 804, and 805.
各リンクの非対称量は、図１７に示されるように、以下の通りである。
リンク８０１ = D'offset
リンク８０２ = D''offset
リンク８０３ = D'''offset
リンク８０４ = D''''offset
リンク８０５ = D'''''offset
Asymmetry amount of each link is as follows, as shown in FIG.
Link 801 = D'offset
このようなネットワーク環境において、各スレーブが図１７に示される経路でマスタと時刻同期処理を行った場合（図６のステップ６０３）、各スレーブには以下の量だけ時刻オフセットが残留する。
スレーブ７５０ = D'''''offset/ 2
スレーブ７６０ = D''''offset/ 2
スレーブ７７０ = D'''offset/ 2
スレーブ７８０ = D''offset/ 2
スレーブ７９０ = D'offset/ 2
In such a network environment, when each slave performs time synchronization processing with the master through the route shown in FIG. 17 (
以下では、このような状況を想定した場合の、スレーブ７９０の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
スレーブ７９０の遅延測定部は、図６に示される各ステップの処理を続け、他の各スレーブとの片方向遅延時間の差をデータベースに保存していく。ここで、規定回数が５以上の値に設定されていれば、スレーブ７９０は他の全スレーブとの片方向遅延時間差の情報を有する。
The delay measurement unit of the
データベースに保存されている片方向遅延時間差は、以下の通りである。
片方向遅延時間差（スレーブ７９０−スレーブ７５０） = D'offset - D'''''offset （式７）
片方向遅延時間差（スレーブ７９０−スレーブ７６０） = D'offset - D''''offset （式８）
片方向遅延時間差（スレーブ７９０−スレーブ７７０） = D'offset - D'''offset （式９）
片方向遅延時間差（スレーブ７９０−スレーブ７８０） = D'offset - D''offset （式１０）
ここで、D'''''offset、D''''offset、D'''offset、およびD''offsetの間には相関がなく、正負の値を取りうるものとする。
The one-way delay time difference stored in the database is as follows.
One-way delay time difference (slave 790-slave 750) = D'offset-D '''''offset (Equation 7)
One-way delay time difference (slave 790-slave 760) = D'offset-D '''' offset (Equation 8)
One-way delay time difference (slave 790-slave 770) = D'offset-D '''offset (Equation 9)
One-way delay time difference (slave 790-slave 780) = D'offset-D''offset (Equation 10)
Here, it is assumed that there is no correlation among D ′ ″ ″ offset, D ″ ″ offset, D ′ ″ offset, and D ″ offset, and it can take positive and negative values.
また、図１７には５個のスレーブしか記載していないが、さらに多くのスレーブが集まれば、片方向遅延時間差に関するデータを多数集めることができる。 Although only five slaves are shown in FIG. 17, if more slaves are collected, a large amount of data relating to the one-way delay time difference can be collected.
このように得られた片方向遅延時間差をプロットすると、図１８のように、D'offsetを中心として、正規分布のようなグラフとなる。 When the unidirectional delay time difference obtained in this way is plotted, a graph like a normal distribution is obtained with D′ offset as the center, as shown in FIG.
正規分布となる理由は、D'''''offset、D''''offset、D'''offset、およびD''offsetの間には相関がないためである。 The reason for the normal distribution is that there is no correlation among D ′ ″ ″ offset, D ″ ″ offset, D ′ ″ offset, and D ″ offset.
この場合、正規分布の平均値はD'offsetとなっているため、得られた片方向遅延時間差に平均値を求めることによりスレーブ７６０に残留している時刻オフセットD'offsetを推定できる。
In this case, since the average value of the normal distribution is D′ offset, the time offset D′ offset remaining in the
また、平均値を求める際に、中心から大きく外れたデータを取り除いてから平均値を求めることで、推定精度を向上できる。 Further, when the average value is obtained, the estimation accuracy can be improved by obtaining the average value after removing data greatly deviating from the center.
また、上記の説明では、平均値をとる方法について述べたが、単純に平均値をとるのではなく、各データの重み付け平均をとってもよい。 In the above description, the method of taking the average value has been described. However, instead of simply taking the average value, a weighted average of each data may be taken.
たとえば、スレーブとマスタの距離（ホップ数）が大きくなればなるほど、非対称の経路を通る可能性が高まるので、スレーブに時刻同期誤差が残留する確率が高くなる。 For example, the greater the distance between the slave and the master (the number of hops), the higher the possibility of passing through an asymmetric route, and thus the probability that a time synchronization error remains in the slave increases.
図１７を見ると分かるように、マスタ７４０とスレーブ７５０の間には２つのルータしかないが、マスタ７２０とスレーブ７７０の間にはルータが５個も存在する。このため、スレーブ７５０に比べて、スレーブ７７０には大きな時刻同期誤差が含まれている可能性が高いので、各データにホップ数の逆数を掛けてから平均をとることにより、スレーブ７７０の時刻同期誤差の影響を緩和できる。
As can be seen from FIG. 17, there are only two routers between the
このような理由から、上記の式７〜式１０に対して、それぞれホップ数の逆数を掛けた重み付け平均値を求めることによりスレーブ７６０に残留している時刻オフセットD'offsetをより正確に推定できる。
For this reason, the time offset D′ offset remaining in the
また、上記の説明では、マスタ−スレーブ間のホップ数の逆数を係数として重み付け平均を取る方法について述べたが、重み付け係数として、距離や遅延時間など他にも様々なパターンが考えられる。 In the above description, the method of taking a weighted average using the reciprocal of the number of hops between the master and the slave as a coefficient has been described, but various patterns such as distance and delay time can be considered as the weighting coefficient.
以上の説明では、スレーブ７９０に着目して説明したが、他のスレーブにおいても同様の処理を行うことにより、各スレーブに残留している時刻オフセットを求めることができる。
In the above description, the description has been given focusing on the
<効果>
次に、本発明を実施するための第２の実施の形態の効果について説明する。
本発明を実施するための第２の実施の形態では、スレーブ間の片方向遅延時間差が一意な値とならない場合でも、得られた片方向遅延時間差に平均化処理を施すことにより、スレーブに残留している時刻オフセット量を推定する。
<Effect>
Next, the effect of the second embodiment for carrying out the present invention will be described.
In the second embodiment for carrying out the present invention, even if the one-way delay time difference between slaves does not become a unique value, averaging is performed on the obtained one-way delay time difference so that it remains in the slave. Estimate the amount of time offset.
これにより、最も確からしい時刻オフセット量を算出することができ、正確な時刻同期システムを実現できるので、本発明の目的を達成することができる。 As a result, the most probable time offset amount can be calculated, and an accurate time synchronization system can be realized, so that the object of the present invention can be achieved.
尚、上述した本発明の装置は、上記説明からも明らかなように、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。 It should be noted that the device of the present invention described above can be configured by hardware, as is apparent from the above description, but can also be realized by a computer program.
プログラムメモリに格納されているプログラムで動作するプロセッサによって、上述した実施の形態と同様の機能、動作を実現させる。尚、上述した実施の形態の一部の機能のみをコンピュータプログラムにより実現することも可能である。 Functions and operations similar to those of the above-described embodiments are realized by a processor that operates with a program stored in a program memory. Note that only a part of the functions of the above-described embodiment can be realized by a computer program.
５００、５２０ マスタ
５１０、５３０、５４０、５５０ スレーブ
５６０ ネットワーク
５０１ パケット送受信部
５０２ 経路調査部
５０３ 経路比較部
５０４ 遅延測定部
５０５ 時刻同期部
５１１ パケット送受信部
５１２ 経路調査部
５１３ 経路比較部
５１４ 遅延測定部
５１５ 時刻同期部
500, 520
Claims (37)
マスタノードとスレーブノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査手段と、
前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称であるマスタノードとスレーブノードとの間の時刻オフセットを補正して互いの時刻を同期させる時刻同期手段と
を備えていることを特徴とする時刻同期システム。 A time synchronization system,
A route investigation means for examining a round-trip routing route between the master node and the slave node;
As a result of the investigation, a time synchronization system comprising time synchronization means for correcting a time offset between a master node and a slave node whose round-trip routing paths are symmetric and synchronizing each other's time .
前記時刻同期手段は、前記測定された片方向遅延誤差に基づいて、スレーブノードの時刻を更に補正することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の時刻同期システム。 A delay measuring means for measuring a one-way delay error remaining in a slave node corrected for a time offset with respect to a master node having a round-trip routing path;
4. The time synchronization system according to claim 1, wherein the time synchronization unit further corrects the time of the slave node based on the measured one-way delay error.
マスタノードとスレーブノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査ステップと、
前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称である場合、マスタノードの時刻にスレーブノードの時刻を合わせるように補正する時刻同期ステップと
を有することを特徴とする時刻同期方法。 A time synchronization method,
A route investigation step for examining a round-trip routing route between the master node and the slave node;
As a result of the investigation, when the round-trip routing path is symmetric, the time synchronization method includes a time synchronization step of correcting the time of the slave node to match the time of the master node.
前記測定された片方向遅延誤差に基づいて、スレーブノードの時刻を補正する補正ステップと
を有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の時刻同期方法。 A delay measurement step of measuring a one-way delay error remaining in a slave node that corrects a time offset with respect to a master node having a symmetrical round-trip routing path;
The time synchronization method according to claim 13, further comprising a correction step of correcting the time of the slave node based on the measured one-way delay error.
前記マスタノードとは異なるノードと前記スレーブノードとのルーティング経路を調査して前記片方向遅延誤差の測定に用いるノードを決定する決定ステップと、
前記決定されたノードと、前記スレーブノードとの間の往復の片方向遅延時間の非対称量に基づいて前記片方向遅延誤差を測定するステップと
を有することを特徴とする請求項１６に記載の時刻同期方法。 The delay measuring step includes:
A determination step of determining a node to be used for measuring the one-way delay error by examining a routing path between a node different from the master node and the slave node;
The time according to claim 16, further comprising the step of measuring the one-way delay error based on an asymmetry amount of a one-way delay time in a round-trip between the determined node and the slave node. Synchronization method.
マスタノードと自ノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査処理と、
前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称である場合、マスタノードの時刻に自ノードの時刻を合わせるように補正する時刻同期処理と
を実行させることを特徴とするプログラム。 A program that synchronizes time, the program to the node,
A route investigation process for examining a round-trip routing route between the master node and the own node;
As a result of the investigation, when the round-trip routing path is symmetric, a time synchronization process for correcting the time of the own node to be matched with the time of the master node is executed.
前記測定された片方向遅延誤差に基づいて、自ノードの時刻を補正する補正処理と
を更に実行させることを特徴とする請求項２５から請求項２７のいずれかに記載のプログラム。 A delay measurement process for measuring a one-way delay error remaining in the self-node after correcting a time offset with a master node in which a round-trip routing path is symmetric;
28. The program according to claim 25, further executing a correction process for correcting the time of the own node based on the measured one-way delay error.
前記マスタノードとは異なるノードと自ノードとのルーティング経路を調査して前記片方向遅延誤差の測定に用いるノードを決定する決定処理と、
前記決定されたノードと、前記自ノードとの間の往復の片方向遅延時間の非対称量に基づいて前記片方向遅延誤差を測定する処理と
を有することを特徴とする請求項２８に記載のプログラム。 The delay measurement process includes:
A determination process for determining a node to be used for measuring the one-way delay error by examining a routing path between a node different from the master node and the own node;
29. The program according to claim 28, further comprising: a process of measuring the one-way delay error based on an asymmetry amount of a one-way delay time of a round trip between the determined node and the own node. .
マスタノードとの間の往復のルーティング経路を調査する経路調査手段と、
前記調査の結果、往復のルーティング経路が対称であるマスタノードとの間の時刻オフセットを補正して互いの時刻を同期させる時刻同期手段と
を備えていることを特徴とするノード。 A node that synchronizes time,
A route investigation means for examining a round-trip routing route to and from the master node;
A node comprising: time synchronization means for correcting a time offset with a master node having a symmetrical round-trip routing path as a result of the investigation, and synchronizing each other's time.
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