JP2014187442A - 同期制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数のユニット装置で構成される同期制御装置において、ユニット装置の数が多数となっても、内蔵する時計により円滑に装置間の同期を取る同期制御を行うことを目的とする。
【解決手段】 同期に用いる基準信号を生成する信号生成部110と、基準信号を各ユニット装置30a、30b、30cへ送信するために、折り返し点220を有するケーブル210と、基準信号の到達時間を計測する到達時間計測部20,21,22と、計時装置10,12,13を備え、到達時間計測部20,21,22は基準信号の到着時間の差の半分の値を、基準信号が折り返し点220で折り返し到着したタイミングで時計に設定する。
【選択図】 図1
【解決手段】 同期に用いる基準信号を生成する信号生成部110と、基準信号を各ユニット装置30a、30b、30cへ送信するために、折り返し点220を有するケーブル210と、基準信号の到達時間を計測する到達時間計測部20,21,22と、計時装置10,12,13を備え、到達時間計測部20,21,22は基準信号の到着時間の差の半分の値を、基準信号が折り返し点220で折り返し到着したタイミングで時計に設定する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、計時装置を有した複数の装置間で、計時装置の同期を取る同期制御装置に関する。
電気信号による情報伝達では、信号伝播の遅延時間が生じる。例えば、ケーブルで接続される複数のユニット装置において、一つのユニット装置から他のユニット装置にケーブルを介して信号伝送する場合に、ケーブルの長さや電気特性の違いによって、信号を受信するタイミングがユニット装置ごとに異なる。
計時装置(時計)を内蔵し、その計時装置の発生するクロック信号を元に動作している装置は、複数の装置間の同期を取って動作するために、計時装置のクロック信号の発生タイミングを調整する。例えば、ユニット装置間を繋ぐ伝送ケーブルによる信号伝播の遅延時間を計測し、遅延時間を調整することで、高い精度で異なる装置を同期させることができる(例えば、特許文献1参照)。
また、伝送ネットワークを介してパケット通信を行う装置間において、データパケットを受信した時刻と受信したデータパケットに付加されている時刻情報とから同期誤差を演算し、異なる装置間の同期調整を行う方法がある(例えば、特許文献2参照)。このような方法で異なるユニット装置間の同期を取るには、異なるユニット装置を結ぶ伝送線路の遅延時間についての時間的な変動量が、要求する同期精度に対して十分小さいことが必要となる。
特許文献1に記載の従来の同期装置は、マスタ装置とスレーブ装置を繋ぐ複数のケーブルの伝播特性が等しく、一つのマスタ装置にて複数のスレーブ装置との間の伝送路の遅延時間をそれぞれ計測している。特許文献1(例えば図1)において、スレーブ装置からマスタ装置への接続はバス接続構成による1本のケーブルであり、マスタ装置はマスタ装置とスレーブ装置との伝送路の遅延時間の計時装置を1つしか有していない。
つまり、スレーブ装置からマスタ装置への接続をバス接続構成による1本のケーブルとし、かつマスタ装置からスレーブ装置への接続をバス接続構成による1本のケーブルとしたとき、ユニット装置の数によらず同期制御装置を構成するケーブルの本数は2本となり、計時装置が1であることから、ユニット装置の数だけ同期調整に時間を要するという問題が生じる。もっとも、各スレーブ装置に遅延時間を計数する個別の計時装置を持たせてスレーブ装置間の同期動作を取ることができれば、このような問題は解消する。しかしながら、特許文献1、2には、それぞれのスレーブ装置に遅延時間の計時装置を持たせてスレーブ装置間の同期動作を実現する方法については、何ら示されていない。
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、個別の計時部を有する各装置間をバスで接続し、装置の数が多数あっても同期に要する調整時間の増加を抑えることのできる、同期制御装置を得ることを目的とする。
この発明による同期制御装置は、同期用信号を送信する信号生成部と、時間を計測する計時部、及び当該計時部の動作時刻を設定する到達時間計測部を有した複数のユニット装置と、上記信号生成部と全ての上記ユニット装置の間を共通して接続する信号ケーブルと、を備え、上記信号ケーブルは、上記信号生成部と上記各ユニット装置の間にある共通の折り返し点を中間点とするそれぞれの第1、第2の接続点で、当該それぞれの第1の接続点と共通の折り返し点の距離と当該それぞれの第2の接続点と共通の折り返し点との距離が等しくなるように、上記各ユニット装置にそれぞれ二度接続され、上記到達時間計測部は、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第2の接続点から上記同期用信号が到着した時刻と、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第1の接続点から上記同期用信号が到着した時刻に基いて、上記それぞれのユニット装置の計時部の動作時刻を設定することを特徴とするものである。
この発明によれば、装置の数が多数あっても、同期に要する調整時間の増加を抑え、より精度の高い同期制御を行うことができる。
実施の形態1.
図1は、この発明に係る実施の形態1による同期制御装置の構成例を示す図である。図において、同期制御装置100は、信号生成部110と、複数のユニット装置であるユニット装置a30,ユニット装置b31,及びユニット装置c32と、共用の信号ケーブルであるケーブル210を備えている。信号生成部110とユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32は、1本の共用のケーブル210によりバス接続される。なお、この実施の形態1では、3つのユニット装置をケーブル210でバス接続した同期制御装置100を例示するが、2つのユニットもしくは4つの以上のユニット装置をバス接続した同期制御装置についても同じようにして構成され、動作することは言うまでもないので、以下ではその説明を略す。
図1は、この発明に係る実施の形態1による同期制御装置の構成例を示す図である。図において、同期制御装置100は、信号生成部110と、複数のユニット装置であるユニット装置a30,ユニット装置b31,及びユニット装置c32と、共用の信号ケーブルであるケーブル210を備えている。信号生成部110とユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32は、1本の共用のケーブル210によりバス接続される。なお、この実施の形態1では、3つのユニット装置をケーブル210でバス接続した同期制御装置100を例示するが、2つのユニットもしくは4つの以上のユニット装置をバス接続した同期制御装置についても同じようにして構成され、動作することは言うまでもないので、以下ではその説明を略す。
図1において、ケーブル210は信号生成部110と接続される。ケーブル210は、ケーブルの折り返し点220よりも手前で、ユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32の順に、それぞれ異なる第1の接続点301,311,321でバス接続される。また、ケーブル210は、ケーブルの折り返し点220で折り返した後、ユニット装置c32、ユニット装置b31、及びユニット装置a30の順に、再度それぞれ異なる第2の接続点302,312,322でバス接続される。すなわち、ユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32は、ケーブル210と2度バス接続されるが、便宜上、一度目のバス接続から共通のケーブル折り返し点220までの区間を送信用ケーブルと呼び、二度目のバス接続から共通のケーブル折り返し点220までの区間を折り返し用ケーブルと呼ぶ。ケーブル210に関して、ユニット装置a30とユニット装置b31の区間の送信用ケーブルと折り返し用ケーブルの長さは等しいとする。同ように、ユニット装置b31とユニット装置c32の区間の送信用ケーブルと折り返し用ケーブルの長さは等しいとする。また、ユニット装置c32とケーブル折り返し点220の区間の送信用ケーブルと折り返し用ケーブルの長さは等しいとする。
信号生成部110は、ユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32へ伝送する基準信号を生成し、ケーブル210を伝送媒体として、各ユニット装置a30,b31,c32に対し、それぞれ生成した基準信号を同期用信号として伝送する。
計時部10,11,12はクロック信号を生成する時計である。ユニット装置a30は、到達時間計測部20と、計時部10を備える。また、到達時間計測部20は、計時部10の生成するクロック信号に基づいて、ケーブル210を介して信号生成部110から伝送された信号の到達時間を計測する。ユニット装置a30は、計時部10の生成するクロック信号に基づいて、演算処理、データの読み出し、記録及び書き換え処理、信号生成処理等の各種動作を行う。ユニット装置b31は、到達時間計測部21と、計時部11を備える。また、到達時間計測部21は、計時部11の生成するクロック信号に基づいて、ケーブル210を介して信号生成部110から伝送された信号の到達時間を計測する。ユニット装置b31は、計時部11の生成するクロック信号に基づいて、演算処理、データの読み出し、記録及び書き換え処理、信号生成処理等の各種動作を行う。ユニット装置c32は、到達時間計測部22と、計時部12を備える。また、到達時間計測部22は、計時部12の生成するクロック信号に基づいて、ケーブル210を介して信号生成部110から伝送された信号の到達時間を計測する。ユニット装置c32は、計時部12の生成するクロック信号及びその動作時刻に基づいて、演算処理、データの読み出し、記録及び書き換え換処理、信号生成処理等の各種処理動作のタイミング制御を行う。
次に、同期制御装置100において、ユニット装置間の同期を行う手順を説明する。信号生成部110で生成された基準信号は、ケーブル210を介してユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32に到達する。ユニット装置a30、ユニット装置b31、及びユニット装置c32において、それぞれ到達時間計測部20、到達時間計測部21、及び到達時間計測部22が、送信用ケーブルから各第1の接続点301,311,321で入力される基準信号(以下、送信信号)と、折り返し用ケーブルから各第2の接続点302,312,322で入力される基準信号(以下、折り返し信号)の到達時刻とを、それぞれ計測する。
各ユニット装置a30,b31,c32は、それぞれの到達時間計測部20,21,22が計測した送信信号到達時刻及び折り返し信号到達時刻の結果に基づいて、その信号到達時間差を算出する。ここでの信号到達時間差とは、折り返し信号の到達時刻と送信信号の到達時刻の差である。各ユニット装置a30,b31,c32の到達時間計測部20,21,22は、折り返し信号の到達した時刻のタイミングで、各ユニット装置a30,b31,c32内の計時部10,11,12の動作時刻として、信号到達時間差の半分の値をセットする。
これにより、各ユニット装置a30,b31,c32は、ケーブル210を通じて折り返し信号が到達すると、既に折り返し信号が到達している他のユニット装置(a30,b31,c32の中で自己とは異なるもの)と同期して動作することができる。即ち、すべてのユニット装置(a30,b31,c32)は折り返し信号が到達すると、同期制御装置内の他のすべての装置(a30,b31,c32)と同期して動作することとなる。
ここで、信号到達時間差に基づく各ユニット装置の同期動作について具体例を用いて説明する。図2は、信号到達時間差の算出方法と各ユニット装置の同期動作の様子をタイムチャートで表したものである。図2において、(a)は信号生成部110から出力される基準信号の出力例を示す。(b)はユニット装置aへ入力される、信号生成部110からの基準信号による送信信号入力を示す。(c)はユニット装置aへ入力される、信号生成部110からの基準信号による折り返し信号入力を示す。(d)はユニット装置aの計時部10のクロックタイミング及び時刻値を示す。図の例では5ビットのクロック信号を生成している。(e)はユニット装置bへ入力される、信号生成部110からの基準信号による送信信号入力を示す。(f)はユニット装置bへ入力される、信号生成部110からの基準信号による折り返し信号入力を示す。(g)はユニット装置bの計時部11のクロックタイミング及び時刻値を示す。図の例では5ビットのクロック信号を生成している。(h)はユニット装置cへ入力される、信号生成部110からの基準信号による折り返し信号入力を示す。(i)はユニット装置cへ入力される、信号生成部110からの基準信号による折り返し信号入力を示す。(j)はユニット装置cの計時部12のクロックタイミングを示す。図の例では1周期が5ビット(=32)のクロック信号を生成する例を示している。(k)は信号生成部110から出力される基準信号の折り返し点での基準タイミングを示す。(l)は同期セットした各計時部10,11,12における基準タイミングからの時刻値を示す。
図2において、ユニット装置a30の到達時間計測部20は、計時部10のクロック信号に基づいて計測した、送信信号の到達時刻をTa1(図2(b)の例では時刻値が10)とし、折り返し信号の到達時刻をTa2(図2(c)の例では時刻値が32)とする。ユニット装置a30の計時部10における信号到達時間差をTa21とすると、折り返し信号の到達時刻Ta2と送信信号の到達時刻Ta1の差から、信号到達時間差Ta21はTa2−Ta1と算出できる。ここで、図2(d)の例ではTa21の時刻値は22となっている。
また、ユニット装置a30の計時部10における折り返し点220の信号到達時刻をTaxとすると、ユニット装置a30から折り返し点220までの送信用ケーブルと折り返し用ケーブルの長さは等しいことから、折り返し点220の信号到達時刻Taxは(Ta1+Ta2)/2と算出できる。ここで、図2(d)の例ではユニット装置a30のTaxの時刻値は21となっている。
ユニット装置b31とユニット装置c32も同ように、計時部11,12の各クロック信号に基づいて計測した、送信信号の到達時刻をTa1(図2(e)の例ではユニット装置b31の時刻値が12、図2(h)の例ではユニット装置c32の時刻値が22)とし、折り返し信号の到達時刻をTa2(図2(e)の例ではユニット装置b31の時刻値が24、図2(h)の例ではユニット装置c32の時刻値が26)から、折り返し点220の信号到達時刻Ta21を算出する。また、ユニット装置b31とユニット装置c32の折り返し点220の各信号到達時刻Taxは(Ta1+Ta2)/2と算出できる。ここで、図2(g)の例ではユニット装置b31のTa21の時刻値は12、Taxの時刻値は18となっている。また、図2(j)の例ではユニット装置c32のTa21の時刻値は4、Taxの時刻値は24となっている。
このとき、各ユニット装置a30,b31,c32の計時部10,11,12における同期がずれていた場合、ユニット装置a30で算出した折り返し点220の信号到達時刻と、ユニット装置b31で算出した折り返し点220の信号到達時刻と、ユニット装置c32で算出した折り返し点220の信号到達時刻はそれぞれ異なることとなる。同期制御装置100が支配される絶対的な時間上では、それぞれの絶対的な信号到達時刻は本来同じタイミングである。このため、各ユニット装置a30,b31,c32は、内蔵する計時部10,11,12における折り返し点220の信号到達時刻を、同期を取るための基準タイミングとして用いる。
ユニット装置a30,b31,c32の各計時部10,11,12における折り返し信号到達時刻Ta2から折り返し点の信号到達時刻Taxを引くと、基準タイミングから折り返し信号到達までの時間(基準タイミングからの時刻)が算出される。これは信号到達時間差Ta21の半分の値に等しい。したがって、ユニット装置a30,b31,c32の到達時間計測部20,21,22は、それぞれの折り返し信号が到達し、計測が完了した時点で、信号到達時間差の半分の値を、各ユニット装置a30,b31,c32内の計時部10の動作時刻としてセットする。これにより、到達時間計測部20は、上記基準タイミングを元に、図2(l)に示すように当該基準タイミングでの動作時刻が0となるように、ユニット装置a30の計時部10の時刻を当該セットした条件に一致させることとなる。例えば図2(d)の例では、ユニット装置a30の折り返し信号到達時刻Ta2の直後における計時部10の時刻値は11になる。同様にして、ユニット装置b31の折り返し信号到達時刻Ta2の直後における計時部11の時刻値は6になる。ユニット装置c32の折り返し信号到達時刻Ta2の直後における計時部11の時刻値は2になる。
かくして、ユニット装置a30は折り返し信号が到達すると、同期制御装置100内で共通な基準タイミングに同期するため、既に折り返し信号が到達している他のユニット装置b31,c32と同期する。よって、すべてのユニット装置a30,b31,c32に折り返し信号が到達すると、すべてのユニット装置a30,b31,c32の各計時部10,11,12は、図2(l)に示す基準タイミングで同期する。
以上説明したように、実施の形態1に係る同期制御装置100は、信号生成部100と、複数のユニット装置a30,b31,c32で構成され、各ユニット装置a30,b31,c32の内部に時計である計時部10,11,12を有する。各ユニット装置a30,b31,c32は、信号生成部100の生成した基準信号を各ユニット装置a30,b31,c32に送信するケーブル210を備えている。ケーブル210は、各ユニット装置a30,b31,c32とそれぞれの第1の接続点で一度バス接続して、折り返し点220で折り返し、再度各ユニット装置a30,b31,c32とそれぞれの第2の接続点でバス接続する構成をとる。ケーブル210は、信号生成部100から折り返し点220までの距離と、折り返し点220から各ユニット装置a30,b31,c32までの距離が等しい構成をとる。各ユニット装置a30,b31,c32は、折り返し点220の前後における信号生成部100の生成した基準信号の到達時刻をそれぞれ計測する到達時間計測部20,21,22を備える。到達時間計測部20,21,22は、この到達時刻に基いて他のユニット装置と同期する計時部10,11,12をセットする。
即ち、同期制御装置100は、同期用信号としての基準信号を送信する信号生成部100と、時間を計測する計時部10,11,12、及び当該計時部10,11,12の動作時刻を設定する到達時間計測部20,21,22を有した複数のユニット装置a30,b31,c32と、上記信号生成部100と全ての上記ユニット装置a30,b31,c32の間を共通して接続する信号ケーブル210と、を備え、上記信号ケーブル210は、上記信号生成部100と上記各ユニット装置a30,b31,c32の間にある共通の折り返し点220を中間点とするそれぞれの第1、第2の接続点301,311,321,302,312,322で、当該それぞれの第1の接続点301,311,321と共通の折り返し点220の距離と当該それぞれの第2の接続点302,312,322と共通の折り返し点220との距離が等しくなるように、上記各ユニット装置a30,b31,c32にそれぞれ二度接続され、上記到達時間計測部20,21,22は、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32におけるそれぞれの第2の接続点302,312,322から上記同期用信号が到着した時刻と、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32におけるそれぞれの第1の接続点301,311,321から上記同期用信号が到着した時刻に基いて、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32の計時部10,11,12の動作時刻を設定することを特徴とするものである。また、上記到達時間計測部20,21,22は、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32におけるそれぞれの第2の接続点302,312,322から上記同期用信号が到着した時刻と、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32におけるそれぞれの第1の接続点301,311,321から、上記同期用信号が到着した時刻との時間差を算出し、当該時間差の半分の値を、上記それぞれのユニット装置a30,b31,c32の計時部10,11,12の動作時刻として設定する。
これにより、各ユニット装置a30,b31,c32の計時部10,11,12の時計を合わせ、各ユニット装置a30,b31,c32が備える計時部10,11,12の設定時刻に基づいて、各ユニット装置a30,b31,c32が同期して動作することとなる。
この実施の形態1は以上のように構成されるので、各ユニット装置a30,b31,c32は他のユニット装置とずれた時計をもっていても、各ユニット装置a30,b31,c32が到達時刻の計測と算出を行うことで、信号生成部100の生成する同期のための基準信号がすべてのユニット装置a30,b31,c32に到達した時点から速やかに、精度の高いユニット装置a30,b31,c32間の同期が可能となる。
かくして、複数のユニット装置で構成された同期制御装置において、装置の数が多数あっても、同期に要する調整時間の増加を抑え、複数のユニット装置間でより高い精度で同期した動作制御を行うことができる。
100 同期制御装置、110 信号生成部、210 ケーブル、220 ケーブル折り返し点、30、31、32 ユニット装置、20、21、22 到達時間計測部、10、11、12 計時部。
Claims (2)
- 同期用信号を送信する信号生成部と、
時間を計測する計時部、及び当該計時部の動作時刻を設定する到達時間計測部を有した複数のユニット装置と、
上記信号生成部と全ての上記ユニット装置の間を共通して接続する信号ケーブルと、
を備え、
上記信号ケーブルは、上記信号生成部と上記各ユニット装置の間にある共通の折り返し点を中間点とするそれぞれの第1、第2の接続点で、当該それぞれの第1の接続点と共通の折り返し点の距離と当該それぞれの第2の接続点と共通の折り返し点との距離が等しくなるように、上記各ユニット装置にそれぞれ二度接続され、
上記到達時間計測部は、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第2の接続点から上記同期用信号が到着した時刻と、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第1の接続点から上記同期用信号が到着した時刻に基いて、上記それぞれのユニット装置の計時部の動作時刻を設定することを特徴とする同期制御システム。 - 上記到達時間計測部は、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第2の接続点から上記同期用信号が到着した時刻と、上記それぞれのユニット装置におけるそれぞれの第1の接続点から上記同期用信号が到着した時刻との時間差を算出し、当該時間差の半分の値を上記それぞれのユニット装置の計時部の動作時刻として設定することを特徴とする請求項1記載の同期制御システム。
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