JP2010062992A - クロック同期方法及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 マスター装置においてクロックパケットの送信待ち時間が生じたためスレーブ装置におけるそのクロックパケットの到着時間とクロック情報との間にずれが生じても適切なクロック同期をとることができるクロック同期方法及び通信システムを提供する。
【解決手段】 マスター装置において送信キュー部に保持された送信されるべきパケットをその保持順に送信し、送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視し、その送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測し、マスタークロックに同期して変化するマスタークロック情報を生成し、予測結果を示す遅延情報とマスタークロック情報とを含むクロックパケットをスレーブ装置に送信されるべきパケットとして生成してそれを送信キュー部に出力し、スレーブ装置において自走クロックに同期して変化するスレーブクロック情報を生成し、クロックパケットが受信されたときその受信クロックパケットに含まれる遅延情報に応じてスレーブクロック情報を更新する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、そのパケットを受信してマスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置とを備えた通信システム及びそのマスター装置とスレーブ装置との間におけるクロック同期方法に関する。

従来、電話網において局舎から遠く離れた遠隔地に設置される電話交換装置（以降、遠隔加入者収容装置と称す）のクロック同期については、局舎内電話交換装置（以降、局舎内装置と称す）と遠隔加入者収容装置との間をＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）インタフェースで接続し、遠隔加入者収容装置においてＳＤＨインタフェースからクロック抽出を実施することにより、クロック同期が実現されていた。一方、局舎内装置には、網同期網から同期クロックが供給される。

従来技術では、遠隔加入者収容装置と局舎内装置との間は、ＳＤＨインタフェースで接続されるため、クロック同期に問題はなかった。

遠隔加入者収容装置をＩＰ(Internet Protocol)化した場合には、遠隔加入者収容装置と局舎内装置との間のインタフェースが、ＩＰインタフェースとなり、ＳＤＨインタフェースで採用した伝送路抽出によるクロック同期が不可能となる。ＩＰ網上でクロック同期を実現するための一般的な方法としては、ＩＰ網上にクロック情報を埋め込んだパケットデータ（以降、クロックパケットと称す）を転送することにより、クロック同期を実現する方法がある。
特開２００５−２５３０３３号公報

しかしながら、ＩＰ網上にはクロックパケット以外のパケットも転送されており、それらのパケットと送信が重なった場合には、送信キュー部での待ち時間が発生する。例えば、１５００バイトのデータ送出中にクロックパケットを送信する場合は、１００Ｍｂｐｓの速度の場合で、１２０μｓｅｃの待ち時間が発生する。これを一般的に「ＩＰ網の揺らぎ」と呼ぶ。このＩＰ網の揺らぎが発生した状態で、遠隔加入者収容装置において、クロック同期を実施すると、クロック情報を埋め込んだクロックパケットの到着時間とクロック情報との間にずれが生じるため、クロック周波数精度やジッタ・ワンダが悪化し、適切なクロック同期が実現できないという問題があった。このことは、局舎内装置と遠隔加入者収容装置とを備えた通信システムの場合に限らず、マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、そのパケットを受信してマスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置とを備えた通信システムにおいても同様である。

そこで、本発明の目的は、マスター装置においてクロックパケットの送信待ち時間が生じたためスレーブ装置におけるそのクロックパケットの到着時間とクロック情報との間にずれが生じても適切なクロック同期をとることができるクロック同期方法及び通信システムを提供することである。

本発明のクロック同期方法は、マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、前記パケットを受信して前記マスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置との間におけるクロック同期方法であって、前記マスター装置において送信キュー部に保持された送信されるべきパケットをその保持順に送信する送信ステップと、前記送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視する監視ステップと、前記監視ステップによって監視された送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測する予測ステップと、前記マスタークロックに同期して変化するマスタークロック情報を生成するマスターカウンタステップと、前記予測ステップによる予測結果を示す遅延情報を前記マスタークロック情報とを含むクロックパケットを前記スレーブ装置に送信されるべきパケットとして生成してそれを前記送信キュー部に出力するパケット生成ステップと、前記スレーブ装置において自走クロックに同期して変化するスレーブクロック情報を生成するスレーブカウンタステップと、前記スレーブ装置において前記パケットを受信する受信ステップと、前記受信ステップによって前記クロックパケットが受信されたときその受信クロックパケットに含まれる前記遅延情報に応じて前記スレーブクロック情報を更新する更新ステップと、を備えることを特徴としている。

本発明の通信システムは、マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、前記パケットを受信して前記マスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置とを備えた通信システムであって、前記マスター装置は、送信されるべきパケットを送信順に保持する送信キュー部を有し、その送信キュー部に保持されたパケットをその送信順に送信する送信手段と、前記送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視する監視手段と、前記監視手段によって監視された送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測する予測手段と、前記マスタークロックに同期して変化するマスタークロック情報を生成するマスターカウンタ手段と、前記予測手段による予測結果を示す遅延情報を前記マスタークロック情報とを含むクロックパケットを前記スレーブ装置に送信されるべきパケットとして生成してそれを前記送信キュー部に出力するパケット生成手段と、を備え、前記スレーブ装置は、自走クロックに同期して変化するスレーブクロック情報を生成するスレーブカウンタ手段と、前記パケットを受信する受信手段と、前記受信手段によって前記クロックパケットが受信されたときその受信クロックパケットに含まれる前記遅延情報に応じて前記スレーブクロック情報を更新する手段と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、マスター装置の送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視し、送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測し、その予測結果を示す遅延情報をマスタークロック情報とを含むクロックパケットをスレーブ装置に送信されるべきパケットとして送信キュー部を介してスレーブ装置に送信し、スレーブ装置ではクロックパケットを受信したときその受信クロックパケットに含まれる遅延情報に応じてスレーブクロック情報を更新することが行われる。よって、マスター装置においてクロックパケットの送信待ち時間が生じたためスレーブ装置におけるそのクロックパケットの到着時間とクロック情報との間にずれが生じても適切なクロック同期をとることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は第１の実施例として本発明のクロック同期方法が適用された通信システムを示している。この通信システムは、遠隔加入者収容装置１０と局舎内装置３０とを備えている。遠隔加入者収容装置１０と局舎内装置３０との間は図示しないインターネットの回線によって接続されている。局舎内装置３０はマスター装置であって、電話サービス事業者が保有する局舎に設置される。遠隔加入者収容装置１０は、スレーブ装置であって、マスター装置である局舎内装置３０のマスタークロックに従属して動作する装置である。また、遠隔加入者収容装置１０は局舎内に設置されるのではなく、局舎から離れた遠隔地に設置される。局舎内装置３０には、電話網７０、専用線網８０、網同期網６０の各ネットワークが接続される。

局舎内装置３０は、クロック同期部３１、クロック情報生成部３３、揺らぎ発生フラグ付与部３４、クロックパケット生成部３５、送信キュー部３６、送信キュー監視部３７、電話パケット生成部３８及び専用線パケット生成部３９を備えている。

クロック同期部３１は網同期網６０から出力されるクロック信号６１を入力し、そのクロック信号６１に応じてマスタークロックである局舎内装置クロック３２を生成し、それを局舎内装置３０内のクロック情報生成部３３、揺らぎ発生フラグ付与部３４、クロックパケット生成部３５、送信キュー部３６、送信キュー監視部３７、電話パケット生成部３８、及び専用線パケット生成部３９を含む各ブロックへ供給する。

クロック情報生成部３３は、局舎内装置クロック３２を計数する巡回カウンタ３３ａ（マスターカウンタ手段）を備え、そのカウンタ３３ａの計数値を示すクロック情報４（マスタークロック情報）を生成し、揺らぎ発生フラグ付与部３４を経由して、クロックパケット生成部３５に入力される。クロックパケット生成部３５はクロック情報４を含むクロックパケット１を生成してそれを送信キュー部３６に供給する。

送信キュー監視部３７は送信キュー部３６の状態を監視しており、監視した送信キュー状態６を揺らぎ発生フラグ付与部３４へ通知する。送信キュー状態６には、送信キュー部３６の送信待ち状態のパケットの量或いはキューの使用率などが含まれる。揺らぎ発生フラグ付与部３４は送信キュー状態６に応じて揺らぎ発生フラグ7をクロックパケット生成部３５に入力する。

電話網７０からの電話データ７１は電話パケット生成部３８に入力され、電話パケット生成部３８は電話データ７１に応じて電話パケット２を生成して送信キュー部３６に出力する。専用線網８０からの専用線データ８１は専用線パケット生成部３９に入力され、専用線パケット生成部３９は専用線データ８１に応じて専用線パケット３を生成して送信キュー部３６に出力する。よって、送信キュー部３６にはクロックパケット１だけではなく、電話パケット２や専用線パケット３も含まれる。

遠隔加入者収容装置１０は、受信バッファ１１、パケット振分部１２及びクロック再生部２０を備えている。クロック再生部２０は揺らぎ発生フラグ認識部２１及びクロック情報更新部２２からなる。

受信バッファ１１は局舎内装置３０から送信されたパケット（クロックパケット１、電話パケット２、専用線パケット３）を受信する。受信バッファ１１で受信されたパケットはパケット振分部１２に供給される。パケット振分部１２は受信パケットをクロックパケット１、電話パケット２及び専用線パケット３のいずれかに振り分ける。クロックパケット１はクロック再生部２０内の揺らぎ発生フラグ認識部２１に入力され、その後、クロック情報更新部２２に転送される。

クロック情報更新部２２は、局舎内装置クロック３２と同じ周波数で計数動作を行う巡回カウンタ２２ａ（スレーブカウンタ手段）を備え、巡回カウンタ２２ａの計数値を自己のクロック情報５（スレーブクロック情報）として生成し、更に、そのクロック情報５に応じて遠隔加入者収容装置クロック１３とを生成し、その遠隔加入者収容装置クロック１３を遠隔加入者収容装置１０内の各ブロック（受信バッファ１１，パケット振分部１２，クロック再生部２０を含む）に供給する。巡回カウンタ２２ａは巡回カウンタ３３ａと同じ計数範囲で計数し、その計数値である自己のクロック情報５は、クロック情報４と同じビット数である。

なお、図１には図示していないが、局舎内装置３０には送信キュー部３６に保持されたパケットを保持順に上記のインターネットの回線に送信する送信手段が備えられ、遠隔加入者収容装置１０にはそのインターネットの回線を介してパケットを受信してそれをバッファ１１に供給する受信手段が備えられている。

次に、かかる構成の通信システムの動作について説明する。

クロック情報生成部３３はクロック同期部３１から入力される局舎内装置クロック３２に応じてクロック情報４を生成する。このクロック情報４は、複数ビット（ビット数は任意）の巡回カウンタの値である。

送信キュー監視部３７では、送信キュー部３６の状態の監視が常に行われており、送信キュー部３６の送信待ち状態のパケットの量が送信キュー状態６として揺らぎ発生フラグ付与部３４に通知される。

図２に示すように、揺らぎ発生フラグ付与部３４では、クロック情報４が入力された時点において、送信キュー部３６での待ち時間が送信キュー状態６に応じて予測される（ステップＳ１）。そして、送信待ち状態のパケット量により、一定時間以上の待ち時間か否かが判定される(ステップＳ２)。送信キュー部３６で送信待ち状態のパケット量が所定量以上のため予め設定された一定時間以上の待ち時間が予測される場合には、ＩＰ網の揺らぎが発生するので、揺らぎ発生を示す揺らぎ発生フラグ７が生成され（ステップＳ３）、それがクロックパケット生成部３５に供給される。一方、送信待ち状態のパケット量が所定量に満たないため一定時間以上の待ち時間が必要でない場合は、揺らぎ発生フラグ７は生成されない（ステップＳ４）。

揺らぎ発生フラグ７が供給されたクロックパケット生成部３５では、そのときのクロック情報４と揺らぎ発生フラグ７とをペイロードとしてＩＰパケット化の処理が実施される。そのＩＰパケット、すなわちクロックパケット１は送信キュー部３６を経由して、遠隔加入者収容装置１０へ送信される（ステップＳ５）。一方、揺らぎ発生フラグ７が供給されなかった場合にはクロックパケット生成部３５はクロック情報４をペイロードとしてＩＰパケット化の処理が実施され、そのクロックパケット１が送信キュー部３６を経由して、遠隔加入者収容装置１０へ送信される（ステップＳ６）。

遠隔加入者収容装置１０では、局舎内装置３０から送信されたクロックパケット１は受信バッファ１１を介してパケット振分部１２に供給される。パケット振分部１２はそのクロックパケット１を揺らぎ発生フラグ認識部２１に供給する。図３に示すように、揺らぎ発生フラグ認識部２１ではクロックパケット１を解析し、揺らぎ発生フラグ７の有無を確認する（ステップＳ１１）。クロック情報更新部２２では、揺らぎ発生フラグ７がある場合は、そのクロックパケット１を廃棄し、自己のクロック情報５は更新しない（ステップＳ１２）。すなわち、クロック情報５は自走状態となる。揺らぎ発生フラグがない場合には、クロックパケット１中のクロック情報４を使用して、巡回カウンタ２２ａの計数値がセットされる（ステップＳ１３）。すなわち、自己のクロック情報５がクロック情報４に等しくされる。

このようにクロックパケット１を局舎内装置３０から遠隔加入者収容装置１０に周期的に送信することで、クロック情報４とクロック情報５の値を一致させることが可能となり、遠隔加入者収容装置１０のクロック同期を実現することができる。揺らぎ発生フラグを含むクロックパケット１が遠隔加入者収容装置１０で受信された場合には、クロック情報５の値は巡回カウンタ２２ａの計数値はそのままであるので、自己のクロック情報５は更新されない。

なお、両装置間の伝搬遅延や内部処理遅延は考慮していないため、両装置間のクロック同期は周波数同期のみであり、位相同期は実施しない。

上記した第１の実施例によれば、送信キュー部３６の状態を監視し、送信キュー部の送信待ち状態のパケット量が所定量に満たないための待ち時間がない、若しくは少ない場合にのみ、クロック情報５をマスタークロックであるクロック情報４で更新し、送信キュー部の送信待ち状態のパケット量が所定量以上のため送信待ち時間が発生している場合には、クロック情報５を更新しないので、良好なクロック同期が可能となる。遠隔加入者収容装置クロック１３はクロック情報５から生成されるため、遠隔加入者収容装置クロック１３の同期周波数精度の悪化、及びジッタ・ワンダ成分の悪化を防止することができ、遠隔加入者収容装置１０を正常動作させることができる。

なお、上記した第１の実施例においては、遅延情報として揺らぎ発生フラグ７を示しているが、一定時間以上の待ち時間が予測される場合に揺らぎ発生フラグ７＝論理１とし、一定時間に満たない待ち時間が予測される場合に揺らぎ発生フラグ７＝論理０として送信されるクロックパケット１は常に揺らぎ発生フラグ７とクロック情報４とを含むようにしても良い。

図４は本発明の第２の実施例として通信システムを示している。この通信システムにおいて図１のシステムと同一部分は同一符号を用いて示している。局舎内装置３０においては、図１の揺らぎ発生フラグ付与部３４に代えて待ち時間補正付与部４０が備えられている。遠隔加入者収容装置１０においては、図１の揺らぎ発生フラグ認識部２１に代えてクロック情報補正部２３が備えられている。

待ち時間補正付与部４０は、送信キュー監視部３７から供給される送信キュー状態６に応じて送信キュー部３６での待ち時間に対応したクロック情報４の補正値を予測し、その結果を待ち時間補正値８として、クロック情報４と共に、クロックパケット生成部３５に送出する。

クロック情報補正部２３は、パケット振分部１２によって振り分けられたクロックパケット１中の待ち時間補正値８に応じてクロック情報４を補正し、補正後のクロック情報４をクロック情報４’としてクロック情報更新部２２に出力する。クロック情報更新部２２は、補正後のクロック情報４’を使用して、自己のクロック情報５を更新する。

その他の構成は図１に示した第１の実施例と同一であるので、ここでの説明は省略される。

かかる第２の実施例の通信システムにおいては、待ち時間補正付与部４０では図５に示すように、送信キュー部３６での待ち時間が送信キュー状態６、すなわち送信待ち状態のパケット量に応じて送信キュー部３６での送信待ち時間が計算される（ステップＳ２１）。その待ち時間に対応したクロック情報４の補正値８が計算される（ステップＳ２２）。その待ち時間補正値８がクロック情報４と共にクロックパケット１として生成される（ステップＳ２３）。

図６に示すように、クロック情報補正部２３では、パケット振分部１２によって振り分けられたクロックパケット１が供給されると、そのクロックパケット１中の待ち時間補正値８に応じてクロック情報４が補正される（ステップＳ３１）。補正後のクロック情報４はクロック情報４’としてクロック情報更新部２２に出力される（ステップＳ３２）。クロック情報更新部２２では、補正後のクロック情報４’に応じて自己のクロック情報５が更新される。すなわち、自己のクロック情報５が補正後のクロック情報４’に等しくされる。

以上のように、第２の実施例によれば、送信キュー部３６の状態を監視し、送信キュー部の送信待ち状態のパケット量に応じてクロック情報４の補正値がクロック情報４と共にクロックパケット１として遠隔加入者収容装置１０に送信されるので、補正値で補正されたクロック情報４、すなわちクロック情報４’によってクロック情報５は更新される。よって、送信キュー部３６の待ち時間の大小に係わらず、クロック情報５を更新することが可能となり、遠隔加入者収容装置１０のクロック情報５が更新されず自走状態となることが少なくなるため、更に良好なクロック同期が可能となる。

第２の実施例では、クロック情報４の補正は、クロック情報補正部２３で実施しているが、局舎内装置３０内の待ち時間補正付与部４０において、待ち時間補正値８を付与する際に、クロック情報４を補正し、補正後のクロック情報４のみをペイロードとして、クロックパケット生成部３５へ送出することも可能である。

また、第１及び第２の実施例では、網同期網６０からクロック信号６１を入手可能な局舎内装置３０と遠隔加入者収容装置１０との間のクロック同期方法について記述したが、同一の方法を用いて、遠隔加入者収容装置１０と別の遠隔加入者収容装置の間でクロック同期を行うことも可能である。

また、本発明によれば、局舎内装置１０から複数の遠隔加入者収容装置に対して、クロック同期を行うことも可能である。

更に、上記の各実施例においては、マスター装置が局舎内装置３０であり、スレーブ装置が遠隔加入者収容装置１０である場合について説明したが、マスター装置及びスレーブ装置はこれに限定されない。

本発明の第１の実施例を示すブロック図である。 図１の局舎内装置の動作を示すフローチャートである。 図１の遠隔加入者収容装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例を示すブロック図である。 図４の局舎内装置の動作を示すフローチャートである。 図４の遠隔加入者収容装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 遠隔加入者収容装置
１１ 受信バッファ
１２ パケット振分部
２０ クロック再生部
２１ 揺らぎ発生フラグ認識部
２２ クロック情報更新部
３０ 局舎内装置
３１ クロック同期部
３３ クロック情報生成部
３４ 揺らぎ発生フラグ付与部
３５ クロックパケット生成部
３６ 送信キュー部
３７ 送信キュー監視部

Claims (5)

1. マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、前記パケットを受信して前記マスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置との間におけるクロック同期方法であって、
   前記マスター装置において送信キュー部に保持された送信されるべきパケットをその保持順に送信する送信ステップと、
   前記送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視する監視ステップと、
   前記監視ステップによって監視された送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測する予測ステップと、
   前記マスタークロックに同期して変化するマスタークロック情報を生成するマスターカウンタステップと、
   前記予測ステップによる予測結果を示す遅延情報を前記マスタークロック情報とを含むクロックパケットを前記スレーブ装置に送信されるべきパケットとして生成してそれを前記送信キュー部に出力するパケット生成ステップと、
   前記スレーブ装置において自走クロックに同期して変化するスレーブクロック情報を生成するスレーブカウンタステップと、
   前記スレーブ装置において前記パケットを受信する受信ステップと、
   前記受信ステップによって前記クロックパケットが受信されたときその受信クロックパケットに含まれる前記遅延情報に応じて前記スレーブクロック情報を更新する更新ステップと、を備えることを特徴とするクロック同期方法。
2. 前記予測ステップは、前記予測待ち時間が予め定められた一定時間以上であるとき揺らぎ発生フラグを前記遅延情報として発生し、前記予測待ち時間が前記一定時間に満たないとき前記揺らぎ発生フラグを発生せず、
   前記更新ステップは、前記遅延情報として前記揺らぎ発生フラグが存在する場合には前記スレーブクロック情報を更新せず、前記遅延情報として前記揺らぎ発生フラグが存在しない場合には前記スレーブクロック情報を更新することを特徴とする請求項1記載のクロック同期方法。
3. 前記予測ステップは、前記予測待ち時間に応じて前記マスタークロック情報の補正値を前記遅延情報として生成し、
   前記更新ステップは、前記補正値に応じて前記マスタークロック情報を補正し、その補正後のマスタークロック情報に応じて前記スレーブクロック情報を更新することを特徴とする請求項1記載のクロック同期方法。
4. 前記監視ステップは前記送信キュー部における送信待ちのパケット量を前記送信待ち状態とし、
   前記予測ステップは前記送信待ちのパケット量に応じて前記送信待ち時間を予測することを特徴とする請求項1記載のクロック同期方法。
5. マスタークロックに応じて動作してパケットを送信するマスター装置と、前記パケットを受信して前記マスタークロックに同期したタイミングで動作するスレーブ装置とを備えた通信システムであって、
   前記マスター装置は、送信されるべきパケットを送信順に保持する送信キュー部を有し、その送信キュー部に保持されたパケットをその送信順に送信する送信手段と、
   前記送信キュー部におけるパケットの送信待ち状態を監視する監視手段と、
   前記監視手段によって監視された送信待ち状態に応じて送信待ち時間を予測する予測手段と、
   前記マスタークロックに同期して変化するマスタークロック情報を生成するマスターカウンタ手段と、
   前記予測手段による予測結果を示す遅延情報を前記マスタークロック情報とを含むクロックパケットを前記スレーブ装置に送信されるべきパケットとして生成してそれを前記送信キュー部に出力するパケット生成手段と、を備え、
   前記スレーブ装置は、自走クロックに同期して変化するスレーブクロック情報を生成するスレーブカウンタ手段と、
   前記パケットを受信する受信手段と、
   前記受信手段によって前記クロックパケットが受信されたときその受信クロックパケットに含まれる前記遅延情報に応じて前記スレーブクロック情報を更新する手段と、を備えることを特徴とする通信システム。

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