JP2021005773A - 情報通信システム及び情報通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期させることのできる情報通信システム及び情報通信装置を提供する。【解決手段】マスター装置１ａにおける情報の送信から別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔｍ、スレーブ装置１ｂにおける情報の受信から別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔｓ、マスター装置１ａのクロックの周波数をｆｍ、スレーブ装置１ｂのクロックの周波数をｆｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆｓ、Δｔｓ）Ｔ、（ｆｍ、Δｔｍ）Ｔとしたとき、伝搬時間算出部８６は、２次元平面上で張られるベクトルＡとベクトルＢとで成す三角形の波数領域Ｓの面積ａを、マスター装置１ａのクロックの周波数ｆｍで除することにより伝搬時間ｔｄｓを算出する。【選択図】図１０

Description

本発明は、複数の情報通信装置を含み、情報通信装置間を通信により同期する情報通信システム及び情報通信装置に関する。

複数の情報通信装置間の一般的な時刻同期方法として、例えば、非特許文献１のＩＥＥＥ１５８８ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）が知られている。非特許文献１では、基準時刻を持つマスター装置と、マスター装置の時刻に時刻同期するスレーブ装置とが定義され、マスター装置とスレーブ装置との間で定期的に時刻同期用パケットを交換することでスレーブ装置の時刻を補正する。

具体的には、マスター装置からスレーブ装置に送信されるパケットのマスター装置の時刻とスレーブ装置の受信時刻、並びにスレーブ装置からマスター装置に送信されるパケットのスレーブ装置の送信時刻とマスター装置の受信時刻を用いて、スレーブ装置においてマスター装置とスレーブ装置との時差である時刻オフセットを推定して補正する。

"ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃｌｏｃｋ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ．"ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ １５８８−２００８．

しかし、ＩＥＥＥ １５８８（ＰＴＰ）では、マスター装置とスレーブ装置のクロック間の周波数偏差により、高精度の同期ができない場合があった。すなわち、マスター装置とスレーブ装置は、装置の動作の源振となるクロックを独立にそれぞれ有している。各クロックの公称周波数が同じでも、マスター装置のクロックとスレーブ装置のクロックは個体差があるため、実際には周波数が異なり、クロック間で周波数偏差が存在し得る。そのため、マスター装置とスレーブ装置では時の刻み方が異なることにより、時間の流れ方が異なっている。

上記のＩＥＥＥ１５８８ ＰＴＰシステムでは、各装置で時間の流れ方が微妙に異なっているにも関わらず、スレーブ装置がマスター装置から送信されたマスター装置の時刻をそのまま用いて時刻同期しようとしているため、マスター装置とスレーブ装置の同期タイミングにズレが発生し、高精度の同期ができなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期させることのできる情報通信システム及び情報通信装置を提供することにある。

本発明の情報通信システムは、情報通信によりマスター装置に対して前記スレーブ装置が同期を図る情報通信システムであって、前記マスター装置及び前記スレーブ装置は、情報を送信する送信器と、情報を受信する受信器と、所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、前記クロックを源振として刻時する時計と、を有し、前記スレーブ装置は、前記マスター装置と前記スレーブ装置との間で伝送する情報の伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、前記伝搬時間に基づいて、前記マスター装置と前記スレーブ装置との間の時差を算出する時差算出部と、前記時差に基づいて、同期制御する同期制御部と、を備え、前記マスター装置が前記スレーブ装置に情報を送信して当該情報を前記スレーブ装置が受信し、前記スレーブ装置が前記マスター装置に別の情報を送信して当該別の情報を前記マスター装置が受信し、前記マスター装置における前記情報の送信から前記別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔ_ｍ、前記スレーブ装置における前記情報の受信から前記別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔ_ｓ、前記マスター装置の前記クロックの周波数をｆ_ｍ、前記スレーブ装置のクロックの周波数をｆ_ｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ、（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔとしたとき、前記伝搬時間算出部は、前記２次元平面上で張られる前記ベクトルＡと前記ベクトルＢとで成す三角形の波数領域の面積を、前記マスター装置の前記クロックの周波数で除することにより前記伝搬時間を算出すること、を特徴とする。

本発明の情報通信装置は、他の情報通信装置と情報通信により同期を図る情報通信装置であって、情報を送信する送信器と、情報を受信する受信器と、所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、前記クロックを源振として刻時する時計と、を有し、前記他の情報通信装置との間で伝送する情報の伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、前記伝搬時間に基づいて、前記他の情報通信装置との間の時差を算出する時差算出部と、前記時差に基づいて、前記他の情報通信装置との同期を制御する同期制御部と、を備え、前記他の情報通信装置から送信された情報を受信し、前記他の情報通信装置に別の情報を送信し、前記他の情報通信装置における前記情報の送信から前記別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔ_ｍ、前記情報通信装置における前記情報の受信から前記別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔ_ｓ、前記他の情報通信装置のクロックの周波数をｆ_ｍ、前記情報通信装置のクロックの周波数をｆ_ｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ、（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔとしたとき、前記伝搬時間算出部は、前記２次元平面上で張られる前記ベクトルＡと前記ベクトルＢとで成す三角形の波数領域の面積を、前記他の情報通信装置のクロックの周波数で除することにより前記伝搬時間を算出すること、を特徴とする。

本発明によれば、マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期することのできる情報通信システム及び情報通信装置を得ることができる。

実施形態に係る情報通信システムの模式図である。 実施形態に係る情報通信システムを構成する情報通信装置の機能ブロック図である。 実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。 クロックのパルス数をカウントするための通信の態様を示す図である。 実施形態に係る情報通信システムの同期するための通信の態様を示す図である。 マスター装置の送受信間隔とスレーブ装置の受送信間隔を横軸が周波数、縦軸が時間の２次元平面上に表した図である。 実施形態に係る情報通信システムの同期するための別の通信の態様を示す図である。 マスター装置の送受信間隔Δｔ_ｍ、スレーブ装置の受送信間隔Δｔ_ｓを、観測時間ベクトル（ｆ、Δｔ_ｍ）^Ｔ、（ｆ、Δｔ_ｓ）^Ｔとして、周波数・時間平面上に表した図である。 クロックドメインが異なる場合について説明するための図である。 伝搬時間ｔ_ｄｓ、時差ｔ_０ｓを説明するための図である。 伝搬時間ｔ_ｄｍ、時差ｔ_０ｍを説明するための図である。 実施形態に係る情報通信システムの動作フローチャートの一例である。

以下、実施形態に係る情報通信システム及び情報通信装置について、図１〜図１２を用いて説明する。

［１．実施形態］
［１−１．構成］
図１は、実施形態に係る情報通信システムの模式図である。図２は、実施形態に係る情報通信システムを構成する情報通信装置の機能ブロック図である。

本実施形態に係る情報通信システム１００は、複数の情報通信装置１からなり、各装置１が情報通信により同期を図る。マスター装置となる情報通信装置１に対し、スレーブ装置となる情報通信装置１が同期する。マスター装置とは、情報通信システム１００において他の情報通信装置１と同期される対象となる情報通信装置１である。スレーブ装置とは、情報通信システム１００においてマスター装置である他の情報通信装置１に対して同期する情報通信装置１である。マスター装置からスレーブ装置への同期を図るための同期情報の送受信を介してスレーブ装置がマスター装置に同期する。

以下では、マスター装置となる情報通信装置１をマスター装置１ａとし、スレーブ装置となる情報通信装置１をスレーブ装置１ｂとする。

マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂは、有線又は無線で情報を通信する。無線の通信としては、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いることができる。ここでは、情報通信装置１は、無線で情報を送信及び受信することで同期を図る例を説明する。

（情報通信装置）
情報通信装置１は、コンピュータを含み構成されており、プログラムをＨＤＤやＳＳＤ等に記憶しており、ＣＰＵで処理することにより、後述する制御部において必要な演算を行う。

具体的には、情報通信装置１は、通信部１０、クロック２０、時計３０、カウンタ４０、記憶部５０、外部インターフェイス６０、制御部７０を有する。例えば、各部１０〜７０は、ハードウェアとして構成される。制御部７０はソフトウェアとして構成しても良い。制御部７０のどの部分をソフトウェアとして構成するかは適宜設計変更可能である。

通信部１０は、他の情報通信装置１との間で情報を送受信する。通信部１０は、送信器１１、受信器１２、送信タイミング検出部１３、受信タイミング検出部１４を有する。

送信器１１は、入力された情報を送信する機器である。具体的には、送信器１１は、情報を最小構成要素に時系列に分解の上、当該情報を外部へ送信する。情報のパケット長（通信情報量）は任意であり、通信毎に異なっていても良い。

受信器１２は、外部から情報を受信する機器である。具体的には、受信器１２は、装置１外部から受信した、最小構成要素に時系列に分解された情報を再構成し、装置１内の他の構成へ出力する。

なお、図２に示すように、送信器１１及び受信器１２にそれぞれアンテナを設けても良いし、切り替えスイッチを設けて１本のアンテナを共有しても良い。送信器１１と受信器１２は、何れか一方が動作している間は他方は動作させないようにしても良いし、双方を同時に動作させても良い。

送信タイミング検出部１３は、送信器１１により送信される情報の所定情報要素位置の送信タイミングを検出する。この送信タイミングは、後述のクロック２０のクロック周期（換言すれば、クロック２０の発振するパルスの周期）をベースとして検出される。つまり、送信タイミングは、クロック周期の整数倍に基づいて表現される。

また、送信タイミング検出部１３は、その検出結果を装置１内の他の構成へ出力する。ここにいう情報とは、例えばパケットであり、この場合、所定情報要素位置とは、ビット位置である。例えば、送信タイミング検出部１３は、情報が８個の最小構成要素に時系列に分解される場合、３番目の情報要素位置（ビット位置）が送信されるタイミングを検出し、３番目の情報要素位置（ビット位置）が送信されたタイミングを外部へ出力する。

受信タイミング検出部１４は、受信器１２により受信される情報の所定情報要素位置の受信タイミングを検出する。この受信タイミングは、後述のクロック２０のクロック周期（換言すれば、クロック２０の発振するパルスの周期）をベースとして検出される。つまり、受信タイミングは、クロック周期の整数倍として表現される。

また、受信タイミング検出部１４は、その検出結果を装置１内の他の構成へ出力する。例えば、受信タイミング検出部１４は、情報が８個の最小構成要素に時系列に分解される場合、３番目の情報要素位置（ビット位置）が受信されるタイミングを検出し、３番目の情報要素位置（ビット位置）が受信されたタイミングを外部へ出力する。

なお、上記の送信タイミング及び受信タイミングの例では、何れも同じ最小構成要素の位置を検出することとしたが、例えば、送信機となる情報通信装置１の送信タイミング検出部１３は５番目の要素を検出し、受信機となる情報通信装置１の受信タイミング検出部１４は８番目の要素を検出するなど、送受信する装置１間において各タイミング検出で所定関係（例えば間隔（ここでは３つ））を保つのであれば、必ずしも同じ位置を検出しなくても良い。

クロック２０は、所定の周波数を発振し、装置１各部の動作タイミングを与えるための信号を出力する。これにより、装置１内の各部は、クロック２０に同期して動作する。このクロック２０は、固有の有限な発振周波数許容偏差を有する。つまり、クロック２０は、所定の発振周波数（例えば１０ＭＨｚ）に対する誤差（例えば２０ｐｐｍ）を有する。クロック２０としては、例えば、水晶振動子などの周波数固定の発振器を用いることができる。

クロック２０は、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとで公称周波数が同じでも、実際には個体差が存在する。すなわち、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂのクロック２０の周波数間には周波数偏差が存在する。

時計３０は、クロック２０の出力信号を源振として刻時し、相対的な時刻を出力する。時計３０の相対的な時刻の出力は、例えば外部からの要求に応じて行う。

カウンタ４０は、クロック２０が発振するパルスの数（以下、パルス数という。）をカウントする。

記憶部５０は、ＨＤＤ、ＳＳＤ、メモリ、レジスタなどの記録媒体である。記憶部５０は、制御部７０で演算を行うのに必要な情報が記憶され又は記憶する。後述の送信タイミング又は受信タイミングに対応する時計３０の時刻は、ＣＰＵ又はソフトウェアを介さず、ハードウェアのみのアクセスで保持できる記録媒体に保持すると良い。ソフトウェアに起因するジッターを排除できるからである。なお、送受信タイミングと時刻との対応付けにおいてソフトウェアのジッターを受けないことが重要であり、送受信タイミングと時刻とが対応付けられた後は、低速なアクセス領域に記憶されても良い。ここでは、記憶部５０としてのメモリは、任意の情報を入出力し、当該情報を指定された記憶領域へ記憶する。情報の記憶は、外部からの記憶要求により行われるが、その際に記憶する情報と記憶領域が入力される。情報の参照は、外部からの参照要求により行われるが、その際に参照情報の記憶領域が入力され、その入力により指定された記憶領域の情報を出力する。情報の記憶の保持は、本装置の動作中のみであっても、動作停止時も含めて永続的であっても良い。

外部インターフェイス６０（以下、外部Ｉ／Ｆ６０ともいう。）は、本装置１内部と外部を接続し、任意の情報を入出力する。情報としては、例えば送受信データや時計３０の時刻である。外部Ｉ／Ｆ６０は、例えば、記憶部５０に記憶させる情報を外部から取得する。また、外部Ｉ／Ｆ６０は、受信タイミング検出部１４により検出した受信タイミングから送信タイミング検出部１３が検出する送信タイミングまでの時間を外部から取得し、当該時間を後述するスケジューラ７５で用いてもよい。

図３は、制御部７０の機能ブロック図である。制御部７０は、本装置１各部の動作全般を制御する。制御部７０は、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとで共通する構成と異なる構成がある。マスター装置１ａにはスレーブ装置１ｂ特有の構成は不要であり、また、スレーブ装置１ｂには、マスター装置１ａ特有の構成は不要である。但し、１つの情報通信装置１でマスター装置１ａとしての機能とスレーブ装置１ｂとしての機能の両方を有していても良い。例えば、２つの情報通信装置１間でマスター装置１ａとしての立場、スレーブ装置１ｂとしての立場が逆転しても良い。また、１つの情報通信装置１が他の情報通信装置１との関係ではマスター装置１ａとして機能し、別の情報通信装置１（マスター装置１ａ）との関係ではスレーブ装置１ｂとして機能しても良い。

（マスター装置の制御部）
マスター装置１ａの制御部７０は、主制御部７１、送受信データＩ／Ｆ７２、通信制御部７３、時刻記録部７４、スケジューラ７５、カウンタ制御部７６、カウント数送信制御部７７を有する。

主制御部７１は、制御部７０内の各部と連携されており、制御部７０内の各部の動作を統制する。送受信データＩ／Ｆ７２は、記憶部５０や外部Ｉ／Ｆ７０の情報を装置１外部へ送受信可能な形式にする。また、送受信データＩ／Ｆ７２は、装置１外部から受信した情報を制御部７０及び記憶部５０に適した形式にする。

通信制御部７３は、通信部１０の動作を統制する。通信制御部７３は、通信部１０と制御部７０との間で送受信情報の入出力をする。

時刻記録部７４は、送信タイミング検出部１３により送信された情報の所定情報要素位置の送信タイミングと、当該送信タイミングにおける時計３０の時刻とを対応付けて、メモリに記憶させる。この対応付けは、例えば、時刻記録部７４が、送信タイミング検出部１３から、送信された情報の所定情報要素位置の送信タイミングが検出された旨の信号を受けて、時計３０の時刻を参照し、当該時刻と送信タイミングとを対応付ける。

また、時刻記録部７４は、送信タイミングに対応する時刻を、当該送信する情報に載せる時刻付加部でもある。時刻記録部７４は、送信と同様に、受信タイミング検出部１４により受信された情報の所定要素位置の受信タイミングと、当該受信タイミングにおける時計３０の時刻とを対応付けて、メモリに記憶させる。また、時刻記録部７４は、受信タイミングに対応する時刻を、情報に載せて送信器１１に送信させる。

このように、本実施形態において、「時刻」は、情報の所定情報要素位置の検出された送信タイミング又は受信タイミングに対応する時計３０の時刻をいい、「時間」は、当該時刻の差分をいう。

スケジューラ７５は、予め設定されたスケジュールで送信器１１に情報を送信させる。例えば、スケジューラ７５は、一定間隔で同期情報を送信器１１に送信させる。当該一定間隔は、例えば、１秒である。スケジューラ７５は、情報を受信してから送信するまでのスケジュールを管理する。すなわち、スケジューラ７５は、予め設定された受送信間隔で情報を送信する。スケジューラ７５は、外部Ｉ／Ｆ６０を介して、情報の送信間隔又は受送信間隔を変更しても良い。

カウンタ制御部７６は、カウンタ４０にクロック２０のパルス数をカウントさせる。具体的には、図４に示すように、マスター装置１ａは、送信間隔ΔＴ_ｍで同期情報をスレーブ装置１ｂに少なくとも２回送信する。その際、カウンタ４０は、カウンタ制御部７６により制御されて、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの同期情報の送信間隔ΔＴ_ｍにおけるクロック２０のパルス数をカウントする。この送信間隔ΔＴ_ｍは、例えば、１秒である。

カウント数送信制御部７７は、カウンタ４０及びカウンタ制御部７６によりカウントされたパルス数を送信器１１にスレーブ装置１ｂへ送信させる。カウント数送信制御部７７は、例えば、情報にパルス数を載せて送信器１１に送信させる。

（スレーブ装置の制御部）
スレーブ装置１ｂの制御部７０は、主制御部７１、送受信データＩ／Ｆ７２、通信制御部７３、時刻記録部７４、スケジューラ７５、同期要求部８０、カウンタ制御部８１、周波数取得部８２、送受信間隔演算部８３、受送信間隔演算部８４、面積算出部８５、伝搬時間算出部８６、時差算出部８７、同期制御部８８を有する。各部７１〜７５については、マスター装置１ａの各部７１〜７５と同じであるので、説明は省略する。

同期要求部８０は、マスター装置１ａに同期するための情報を要求する信号を、送信器１１に送信させる。マスター装置１ａに同期するための情報とは、送信間隔ΔＴ_ｍにおけるパルス数、送受信間隔ΔＴ_ｍを演算するためのマスター装置１ａの同期情報の送信時刻、受送信間隔Δｔ_ｓを演算するためのマスター装置１ａの別の同期情報の受信時刻である。

カウンタ制御部８１は、カウンタ４０によりクロック２０のパルス数をカウントさせる。具体的には、カウンタ４０は、カウンタ制御部８１により制御されて、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂに送信された同期情報の受信間隔ΔＴ_ｓにおけるクロック２０のパルス数をカウントする。この受信間隔ΔＴ_ｓは、送信間隔ΔＴ_ｍに対応する時間間隔である。

周波数取得部８２は、送信間隔ΔＴ_ｍにおけるクロック２０のパルス数と、受信間隔ΔＴ_ｓにおけるクロック２０のパルス数とから、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを取得する。送信間隔ΔＴ_ｍでのクロック２０のパルス数は、マスター装置１ａでの１秒におけるマスター装置１ａのクロック２０のパルス数とすると、当該パルス数はマスター装置１ａのクロック２０のクロック周波数ｆ_ｍそのものである。また、受信間隔ΔＴ_ｓは、送信間隔ΔＴ_ｍに対応する時間間隔であるので、受信間隔ΔＴ_Ｓでのクロック２０のパルス数は、スレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周波数ｆ_ｓそのものである。

周波数取得部８２は、送信間隔ΔＴ_ｍが１秒以外であっても、１秒当たりのパルス数に換算しても良い。例えば、送信間隔ΔＴ_ｍが１０ｍ秒である場合、マスター装置１ａのクロック２０のパルス数を１００倍したものが周波数ｆ_ｍであり、スレーブ装置１ｂのクロック２０のパルス数を１００倍したものが周波数ｆ_ｓである。

図５は、実施形態に係る情報通信システムの同期するための通信の態様を示す図である。送受信間隔演算部８３は、マスター装置１ａが同期情報をスレーブ装置１ｂに送信してから、スレーブ装置１ｂから送信された同期情報を受信するまでの送受信間隔Δｔ_ｍを演算する。具体的には、送受信間隔演算部８３は、スレーブ装置１ｂから受信した同期情報の受信時刻と、マスター装置１ａがスレーブ装置１ｂに送信した同期情報の送信時刻との差分を演算する。当該送信時刻及び当該受信時刻は、マスター装置１ａから送信された情報に載せられている時刻である。なお、この送信時刻は、マスター装置１ａの時刻付加部として機能する時刻記録部７５が情報に付加したものである。

図５に示すように、受送信間隔演算部８４は、マスター装置１ａから同期情報を受信して、マスター装置１ａに同期情報を送信するまでの受送信間隔Δｔ_ｓを演算する。具体的には、受送信間隔演算部８４は、マスター装置１ａへの同期情報の送信時刻と、マスター装置１ａからの同期情報の受信時刻との差分により受送信間隔Δｔ_ｓを求める。受送信間隔演算部８０は、当該送信時刻及び当該受信時刻を、記憶部５０又は時刻記録部７４から取得する。

図６は、マスター装置１ａの送受信間隔とスレーブ装置１ｂの受送信間隔を横軸が周波数、縦軸が時間の２次元平面上に表した図である。図６に示すように、面積算出部８５は、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面上で張られるベクトルＡ（＝（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ）とベクトルＢ（＝（ｆ_ｍ、ΔＴ_ｍ）^Ｔ）とで成す三角形の波数領域Ｓの面積ａを算出する。ｆ_ｍは、マスター装置１ａのクロック２０のクロック周波数であり、ｆ_ｓは、スレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周波数である。

面積算出部８５は、送受信間隔演算部８３により求められた送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔演算部８４により求めた受送信間隔Δｔ_ｓ、周波数取得部８２により得た周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを取得し、面積ａを算出する。本実施形態では、面積算出部８５は、波数領域の面積ａを、ベクトルＡとベクトルＢの外積の大きさを２で除することにより算出する。

伝搬時間算出部８６は、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとの間で伝送する情報の伝搬時間を算出する。本実施形態では、伝搬時間算出部８６は、ベクトルＡとベクトルＢとで成す三角形の波数領域の面積ａを、マスター装置１ａのクロック２０の周波数ｆ_ｍで除することにより伝搬時間を算出する。その際、伝搬時間算出部８６は、当該面積ａ、周波数ｆ_ｍを面積算出部８５から取得する。

時差算出部８７は、伝搬時間算出部８６により求めた伝搬時間に基づいて、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとの間の時差を算出する。具体的には、時差算出部８７は、伝搬時間と受送信間隔Δｔ_ｓとを加算することで時差を算出する。ここでの時差は、図５に示すように、マスター装置１ａの送信タイミングからスレーブ装置１ｂの送信タイミングまでの間隔である。

同期制御部８８は、時差算出部８７により求めた時差に基づいて、同期制御する。具体的には、同期制御部８８は、当該時差に基づいて、スレーブ装置１ｂの時計３０の刻時する値を補正する。例えば、同期制御部８８は、時計３０自体を制御して刻時を補正しても良い。或いは、同期制御部８８は、時計３０が時刻を出力する際に時差分を補正した時刻を出力するように時計３０を制御しても良い。このように同期制御部８８は、時差に基づいて時計３０の刻時、又は時計３０が出力する時刻を補正し、時差がマスター装置１ａとスレーブ装置１ｂの送信タイミングのズレで定義しているので、時差の制御は、送信タイミングの制御と同義である。

［１−２．作用］
上記の構成を有する情報通信システム１００の作用について、図４〜図１１を用いて説明する。

［１−２−１．伝搬時間、時差の定式化］
図５に示すように、マスター装置１ａがスレーブ装置１ｂに情報を送信し、伝搬時間を経て当該情報をスレーブ装置１ｂが受信し、当該受信をしてからマスター装置１ａに別の情報を送信し、同じ伝搬時間を経てマスター装置１ａで受信する状況を考え、伝搬時間と時差を定式化する。なお、ここでのマスター装置１ａが送信する情報、及び、スレーブ装置１ｂが送信する別の情報とは、同期するためにタイミングを計る目的のものであり、当該情報にはマスター装置１ａの当該情報の送信時刻が載せられていても良いが、当該情報及び当該別の情報の中身は任意である。

（１）単一クロックドメインの場合
まず、情報通信システム１００においてクロックドメインが単一である場合、すなわち、マスター装置１ａのクロック２０のクロック周波数と、スレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周波数が同一の周波数ｆである場合、各装置１ａ、１ｂで観測された時刻、演算された時間は、他方の装置１ａ、１ｂでもそのまま用いることができる。

図５に示すように、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの伝搬時間ｔ_ｄと、スレーブ装置１ｂからマスター装置１ａへの伝搬時間ｔ_ｄとが同じであるとすると、伝搬時間ｔ_ｄは、式（１）の通り求めることができる。
ｔ_ｄ＝（Δｔ_ｍ−Δｔ_ｓ）／２ …（１）

また、上記の通り、クロック２０間の時差ｔ_０は、マスター装置１ａの送信タイミングからスレーブ装置１ｂの送信タイミングまでの間隔である。この時差ｔ_０は、図５より、式（２）が成立する。
ｔ_０＝Δｔ_ｍ−ｔ_ｄ＝Δｔ_ｓ＋ｔ_ｄ …（２）

よって、クロック２０間の時差ｔ_０は、式（１）を用いて、式（３）の通り求めることができる。
ｔ_０＝（Δｔ_ｍ＋Δｔ_ｓ）／２ …（３）

なお、図７に示すように、スレーブ装置１ｂがマスター装置１ａからの情報受信を待たずに、別の情報をマスター装置１ａへ送信する場合、スレーブ装置１ｂにおける受信から送信までの間隔Δｔ_ｓは負数となるが、スレーブ装置１ｂがマスター装置１ａからの情報受信を待って別の情報をマスター装置１ａへ送信する場合と同様に、式（１）及び式（３）が成立する。

ここで、クロック周波数ｆのクロック２０に基づいて観測された時間は、横軸がクロック周波数、縦軸が物理的なタイミングに対応する観測された時間における２次元平面（以下、周波数・時間平面ともいう。）上のベクトルとして表現することができる。このベクトルを観測時間ベクトルと称する。観測時間ベクトルは、例えば、（ｆ、Δｔ）^Ｔと表すことができる。記号^Ｔは、ベクトルの転置を表す。図８は、マスター装置１ａの送受信間隔ΔＴ_ｍ、スレーブ装置１ｂの受送信間隔Δｔ_ｓを、観測時間ベクトル（ｆ、Δｔ_ｍ）^Ｔ、（ｆ、Δｔ_ｓ）^Ｔとして、周波数・時間平面上に表した図である。

ここで、この２つの観測ベクトルで張られる三角形の領域Ｓに着目する。領域Ｓの三角形の底辺が、周波数ｆを表す直線上に乗る辺であるとすると、底辺の長さ（Δｔ_ｍ−Δｔ_ｓ）は、式（１）又は式（２）より、２ｔ_ｄであるから、領域Ｓの面積ａは、式（４）の通り表すことができる。
ａ＝ｆ×（Δｔ_ｍ−Δｔ_ｓ）／２＝ｆ×ｔ_ｄ …（４）

したがって、伝搬時間ｔ_ｄは、式（４）より、式（５）の通り表すことができる。
ｔ_ｄ＝ａ／ｆ …（５）

周波数と時間の積は波数を表すため、領域Ｓを波数領域と称し、その面積ａは周波数・時間積と称することができる。

また、波数領域Ｓの底辺の中点は、Δｔ_ｓ＋（Δｔ_ｍ−Δｔ_ｓ）／２＝（Δｔ_ｍ＋Δｔ_ｓ）／２であるから、式（２）又は式（３）により、クロック２０間の時差ｔ_０そのものである。また、波数領域Ｓの底辺の長さは２ｔ_ｄであるから、時差ｔ_０は、式（６）の通り表すことができる。
ｔ_０＝Δｔ_ｓ＋ｔ_ｄ＝Δｔ_ｍ−ｔ_ｄ …（６）

このように、周波数・時間平面上で波数領域Ｓを用いて幾何学的手法により、伝搬時間ｔ_ｄと時差ｔ_０を求めることができる。

（２）複数のクロックドメインの場合
情報通信システム１００においてクロックドメインが複数である場合、すなわち、マスター装置１ａのクロック２０のクロック周波数ｆ_ｍと、スレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周波数ｆ_ｓが異なる場合、一方の装置１ａ、１ｂでの時間は、他方の装置１ｂ、１ａでの演算にそのまま用いることができない。

例えば、図９に示すように、周波数および時間は線形であるため、周波数・時間平面上の２次元ベクトルを用いて、クロックドメイン間の観測時間を線形に対応付けることができる。すなわち、周波数ｆ_ｍにおける観測時間ｔａ_ｍをベクトル（ｆ_ｍ、ｔａ_ｍ）^Ｔで表すとすれば、ｔａ_ｍに対応する周波数ｆ_ｓにおける観測時間ｔａ_ｓは、（ｆ_ｍ、ｔａ_ｍ）^Ｔでの延長上にあるベクトルの（ｆ_ｓ、ｔａ_ｓ）^Ｔの要素であるｔａ_ｓとして求めることができる。同様に、周波数ｆ_ｍにおける観測時間ｔｂ_ｍをベクトル（ｆ_ｍ、ｔｂ_ｍ）^Ｔで表すとすれば、ｔｂ_ｍに対応する周波数ｆ_ｓにおける観測時間ｔｂ_ｓは、（ｆ_ｍ、ｔｂ_ｍ）^Ｔでの延長上にあるベクトルの（ｆ_ｓ、ｔｂ_ｓ）^Ｔの要素であるｔｂ_ｓとして求めることができる。

よって、周波数ｆ_ｍにおいて観測された間隔（ｔｂ_ｍ−ｔａ_ｍ）に対応する物理的なタイミング間隔は、周波数ｆ_ｓにおいては間隔（ｔｂ_ｓ−ｔａ_ｓ）として観測される。つまり、物理的に共通の時間間隔でも、周波数が異なることにより、図９に示すように、マスター装置１ａで観測された間隔（ｔｂ_ｍ−ｔａ_ｍ）と、スレーブ装置１ｂで観測された間隔（ｔｂ_ｓ−ｔａ_ｓ）とが異なるため、一方の装置１ａ、１ｂでの時間は、他方の装置１ｂ、１ａでの演算にそのまま用いることができない。そのため、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓの何れか一方の影響を除去する必要がある。

ここで、式（５）より、波数領域Ｓの面積ａを周波数で除することで伝搬時間が得られる。所望のクロックドメイン（周波数）上でのみ演算できるように、他方のクロックドメイン（周波数）、つまり影響を除去したい方のクロックドメイン（周波数）で波数領域Ｓの面積ａを除することで、所望のクロックドメインでの伝搬時間及び時差を求めることができる。面積ａが所望のクロックドメイン上での時間も除去したい方のクロックドメイン上の時間も含むものであり、影響を除去したい方のクロックドメインの周波数で面積ａを除することで、所望のクロックドメインの影響のみが残るからである。

具体的に、クロックドメインｆ_ｓ上での伝搬時間ｔ_ｄｓ、時差ｔ_０ｓを求めたい場合、図１０に示すように、観測時間ベクトル（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔを底辺とした波数領域Ｓが形成する三角形の頂点（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）を、この底辺と平行に移動することにより、周波数・時間積を維持したまま、クロックドメインｆ_ｍ上の点（ｆ_ｍ、Δｔ_ｓｍ）へ変換する。この変換は、頂点（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）を当該底辺と平行に移動するだけであるので、高さが保たれているため、波数領域Ｓの面積を一定に保つ等面積変換である。これにより、変換後の波数領域Ｓの三角形の一辺が、クロックドメインｆ_ｍ上に乗る。当該一辺を当該三角形の底辺とすると、この底辺の長さは、クロックドメインｆ_ｓ上で観測される伝搬時間ｔ_ｄｓの２倍に等しい。換言すると、変換後の波数領域Ｓの三角形の面積は、ａであるので、底辺の長さをｘとすると、式（７）が成り立つ。
ａ＝（１／２）×ｆ_ｍ×ｘ …（７）

式（７）より、式（８）が成り立つ。
ｘ＝２×（ａ／ｆ_ｍ） …（８）

この式（８）のａ／ｆ_ｍは、式（５）と同様に、伝搬時間である。ここで、このａ／ｆ_ｍは、波数領域Ｓの面積ａを、所望のクロックドメインｆ_ｓではないクロックドメインｆ_ｍ、つまり、影響を除去したい方のクロックドメインｆ_ｍで除した値であるので、伝搬時間は、クロックドメインｆ_ｓ上での伝搬時間ｔ_ｄｓである。

したがって、伝搬時間ｔ_ｄｓは、式（９）により求めることができる。
ｔ_ｄｓ＝ａ／ｆ_ｍ …（９）

実際、変換後の波数領域Ｓの三角形の当該底辺を、ベクトルＢに沿ってクロックドメインｆ_ｓ上に平行移動したときの長さが、２ｔ_ｄｓであるので、ｘ＝２ｔ_ｄｓである。すなわち、クロックドメインｆ_ｍ上で観測された時間Δｔ_ｍに対応するクロックドメインｆ_ｓ上で観測される時間Δｔ_ｍｓは、図１０において、観測時間ベクトル（ｆ_ｓ、Δｔ_ｍｓ）^Ｔ（以下、ベクトルＢ_ｓともいう。）で表される。ベクトルＡとベクトルＢ_ｓとで張られる三角形（図１０の点Ｏ、Ｐ_ｓ、Ｑで結ばれる三角形）のクロックドメインｆ_ｓ上の底辺ｙは、図８と同様に考えると、２ｔ_ｄｓである。この底辺ｙは、図１０の線分ＰＰ_ｓと線分ＱＱ_ｍは平行であるので、底辺ｘと等しい。よって、底辺ｘ＝２ｔ_ｄｓであることが分かる。

また、クロックドメインｆ_ｓ上での時差ｔ_０ｓは、図８と同様に考えると、底辺ｙの中点であるから、式（１０）により求めることができる。
ｔ_０ｓ＝Δｔ_ｓ＋ｔ_ｄｓ …（１０）

なお、クロックドメインｆ_ｍ上での伝搬時間ｔ_ｄｍ、時差ｔ_０ｍを求めたい場合、図１１に示すように、観測時間ベクトル（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔを底辺とした波数領域Ｓが形成する三角形の頂点（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）を、この底辺と平行に移動することにより、周波数・時間積を維持したまま、クロックドメインｆ_ｓ上の点（ｆ_ｓ、Δｔ_ｍｓ）へ変換する。この変換は、頂点（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）を当該底辺と平行に移動するだけであるので、高さが保たれているため、波数領域Ｓの面積を一定に保つ等面積変換である。これにより、変換後の波数領域Ｓの三角形の一辺が、クロックドメインｆ_ｓ上に乗る。当該一辺を当該三角形の底辺とすると、この底辺の長さは、クロックドメインｆ_ｍ上で観測される伝搬時間ｔ_ｄｍの２倍に等しい。換言すると、変換後の波数領域Ｓの三角形の面積は、ａであるので、底辺の長さをｘとすると、式（１１）が成り立つ。
ａ＝（１／２）×ｆ_ｓ×ｘ …（１１）

式（１１）より、式（１２）が成り立つ。
ｘ＝２×（ａ／ｆ_ｓ） …（１２）

この式（１２）のａ／ｆ_ｓは、式（５）と同様に、伝搬時間である。ここで、このａ／ｆ_ｓは、波数領域Ｓの面積ａを、所望のクロックｆ_ｍではないクロックドメインｆ_ｓ、つまり、影響を除去したい方のクロックドメインｆ_ｓで除した値であるので、伝搬時間は、クロックドメインｆ_ｍ上での伝搬時間ｔ_ｄｍである。

したがって、伝搬時間ｔ_ｄｍは、式（１３）により求めることができる。
ｔ_ｄｍ＝ａ／ｆ_ｓ …（１３）

実際、変換後の波数領域Ｓの三角形の当該底辺を、ベクトルＡに沿ってクロックドメインｆ_ｍ上に平行移動したときの長さが、２ｔ_ｄｍであるので、ｘ＝２ｔ_ｄｍである。すなわち、クロックドメインｆ_ｓ上で観測された時間Δｔ_ｓに対応するクロックドメインｆ_ｍ上で観測される時間Δｔ_ｓｍは、図１１において、観測時間ベクトル（ｆ_ｍ、Δｔ_ｓｍ）^Ｔ（以下、ベクトルＡ_ｍともいう。）で表される。ベクトルＡ_ｍとベクトルＢとで張られる三角形（図１１の点Ｏ、Ｐ、Ｑ_ｍで結ばれる三角形）のクロックドメインｆ_ｍ上の底辺ｙは、図８と同様に考えると、２ｔ_ｄｍである。この底辺ｙは、図１１の線分ＰＰ_ｓと線分ＱＱ_ｍは平行であるので、底辺ｘと等しい。よって、底辺ｘ＝２ｔ_ｄｍであることが分かる。

また、クロックドメインｆ_ｍ上での時差ｔ_０ｍは、図８と同様に考えると、底辺ｙの中点であるから、式（１４）により求めることができる。
ｔ_０ｍ＝Δｔ_ｍ−ｔ_ｄｍ …（１４）

上記のように、伝搬時間ｔ_ｄｓ、ｔ_ｄｍは、波数領域Ｓの面積ａにより表されることが分かった。この面積ａは、ベクトルＡとベクトルＢの外積の大きさを２で除して求めることができるから、伝搬時間ｔ_ｄｓ、ｔ_ｄｍは、式（１５）、（１６）の通り求めることができる。

ｔ_ｄｓ＝｜（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ×（ｆ_ｍ、ΔＴ_ｍ）^Ｔ｜／（２×ｆ_ｍ） …（１５）
ｔ_ｄｍ＝｜（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ×（ｆ_ｍ、ΔＴ_ｍ）^Ｔ｜／（２×ｆ_ｓ） …（１６）

［１−２−２．周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓ、送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔Δｔ_ｓについて］
上記の通り、伝搬時間ｔ_ｄｓ、ｔ_ｄｍは、波数領域の面積ａ、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓに依存し、面積ａは、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓ、送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔Δｔ_ｓに依存する。そのため、伝搬時間を求めるには、これらの値を求める必要がある。

（１）送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔Δｔ_ｓ
送受信間隔Δｔ_ｍは、送受信間隔演算部８３により求められる。すなわち、送受信間隔演算部８３は、図５に示すように、スレーブ装置１ｂからの同期情報の受信時刻と、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの別の同期情報の送信時刻との差分を演算することにより送受信間隔Δｔ_ｍを求める。

受送信間隔Δｔ_ｓは、受送信間隔演算部８４により求められる。すなわち、受送信間隔演算部８４は、図５に示すように、スレーブ装置１ｂからマスター装置１ａへの同期情報の送信時刻と、マスター装置１ａからの別の同期情報の受信時刻との差分を演算することにより受送信間隔Δｔ_ｓを求める。

（２）周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓ
周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓは、カウンタ４０及び周波数取得部８２により求められる。すなわち、図４に示すように、マスター装置１ａは、送信間隔ΔＴ_ｍで同期情報をスレーブ装置１ｂに少なくとも２回送信する。その際、マスター装置１ａのカウンタ４０は、当該送信間隔ΔＴ_ｍにおけるマスター装置１ａのクロック２０のパルス数ｐ_ｍをカウントする。この送信間隔ΔＴ_ｍを１秒とすると、当該パルス数ｐ_ｍは周波数ｆ_ｍそのものである。或いは、送信間隔ΔＴ_ｍを１秒以外の時間としても、１秒当たりのパルス数に換算すれば良い。すなわち、ｐ_ｍ：ΔＴ_ｍ＝ｆ_ｍ：１より、周波数ｆ_ｍは、ｆ_ｍ＝ｐ_ｍ／ΔＴ_ｍにより求めることができる。つまり、パルス数ｐ_ｍ、送信間隔ΔＴ_ｍは、観測可能な量であるので、周波数取得部８２が、パルス数ｐ_ｍを取得することで周波数ｆ_ｍを得ることができる。

また、図４に示すように、マスター装置１ａにより２回同期情報が送信されると、スレーブ装置１ｂは、同期情報を２回受信する。その際、スレーブ装置１ｂのカウンタ４０は、当該受信間隔ΔＴ_ｓにおけるスレーブ装置１ｂのクロック２０のパルス数ｐ_ｓをカウントする。この受信間隔ΔＴ_ｓは、送信間隔ΔＴ_ｍに対応する時間間隔であり、パルス数ｐ_ｓは周波数ｆ_ｓである。或いは、送信間隔ΔＴ_ｍが１秒以外の時間であったとしても、１秒当たりのパルス数に変換すれば良い。すなわち、ｐ_ｓ：ΔＴ_ｓ＝ｆ_ｓ：１より、周波数ｆ_ｓは、ｆ_ｓ＝ｐ_ｓ／ΔＴ_ｓにより求めることができる。つまり、パルス数ｐ_ｓ、受信間隔ΔＴ_ｓは、観測可能な量であるので、周波数取得部８２が、パルス数ｐ_ｓを取得することで周波数ｆ_ｓを得ることができる。

なお、ここでのマスター装置１ａが送信する同期情報は、周波数ｆｍ、ｆｓを求めるために送信される情報であり、その中身は任意である。

［１−３．動作］
本実施形態の情報通信システム１００の動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、情報通信システム１００の動作フローチャートの一例である。

図１２に示すように、まず、スレーブ装置１ｂが、同期要求部８０により、マスター装置１ａとの同期を要求する信号（以下、同期要求信号ともいう。）をマスター装置１ａに送信する（ステップＳ０１：同期要求）。

マスター装置１ａが同期要求信号を受信すると、マスター装置１ａは、スレーブ装置１ｂに２つの同期情報を送信し、カウンタ４０及びカウンタ制御部７６により、当該同期情報の送信間隔ΔＴ_ｍにおけるクロック２０のパルス数ｐ_ｍをカウントし、このパルス数ｐ_ｍを送信器１１を介してスレーブ装置１ｂに送信する（ステップＳ０２：パルス数ｐ_ｍのカウント及び送信）。このパルス数ｐ_ｍは、スレーブ装置１ｂの周波数取得部８２が取得する。

スレーブ装置１ｂは、マスター装置１ａからの２つの同期情報を受信し、カウンタ４０及びカウンタ制御部８１により、当該同期情報の受信間隔ΔＴ_ｓにおけるクロック２０のパルス数ｐ_ｓをカウントする（ステップＳ０３：パルス数ｐ_ｓのカウント）。このパルス数ｐ_ｓは、周波数取得部８２が取得する。なお、ここでは、送信間隔ΔＴ_ｍを１秒とする。すなわち、パルス数ｐ_ｍ、ｐ_ｓは、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓであるため、周波数取得部８２は、パルス数ｐ_ｍ、ｐ_ｓの取得により周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを得る。

次に、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとの間で同期情報の送受信を行い、送受信間隔Δｔ_ｍ及び受送信間隔Δｔ_ｓを演算する（ステップＳ０４：送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔Δｔ_ｓの演算）。

具体的には、図５に示すように、マスター装置１ａは、同期情報をスレーブ装置１ｂに送信する。その際、時刻記録部７４により、同期情報の送信タイミングに対応する送信時刻ｔ_ｍ１を同期情報に載せておく。スレーブ装置１ｂは当該同期情報を受信し、当該同期情報に載せられた送信時刻ｔ_ｍ１を送受信間隔演算部８３が取得する。また、当該同期情報の受信時刻ｔ_ｓ１を受送信間隔演算部８４が取得する。

スレーブ装置１ｂは、同期情報の受信後、別の同期情報をマスター装置１ａに送信する。その際の送信時刻ｔ_ｓ２を受送信間隔演算部８４が取得する。マスター装置１ａは、当該別の同期情報を受信し、その受信時刻ｔ_ｍ２をスレーブ装置１ｂに送信する。これにより、送受信間隔演算部８３が当該受信時刻ｔ_ｍ２を取得する。

そして、送受信間隔演算部８３は、別の同期情報の受信時刻ｔ_ｍ２と、同期情報の送信時刻ｔ_ｍ１との差分を演算することで送受信間隔Δｔ_ｍを得る。受送信間隔演算部８４は、別の同期情報の送信時刻ｔ_ｓ２と、同期情報の受信時刻ｔ_ｓ１との差分を演算することで受送信間隔Δｔ_ｓを得る。

次に、面積算出部８５は、送受信間隔Δｔ_ｍ、受送信間隔Δｔ_ｓ、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓから、波数領域の面積ａを算出する（ステップＳ０５：波数領域の面積の算出）。伝搬時間算出部８６は、面積算出部８５により算出した面積ａを周波数ｆ_ｍで除することにより伝搬時間ｔ_ｄｍを算出する（ステップＳ０６：伝搬時間の算出）。時差算出部８７は、受送信間隔Δｔ_ｓと伝搬時間算出部８６により算出した伝搬時間ｔ_ｄｓとを加算することで時差ｔ_０ｓを算出する（ステップＳ０７：時差の算出）。そして、同期制御部８８は、時差算出部８７により算出した時差ｔ_０ｓに基づいて、スレーブ装置１ｂの時計３０の時刻を補正し、マスター装置１ａと同期する（ステップＳ０８：同期）。例えば、時差ｔ_０ｓ＞０であれば、同期制御部８８は、スレーブ装置１ｂの時計３０が出力する時刻から時差ｔ_０ｓを差し引いた時刻をスレーブ装置１ｂの時刻とする。

［１−４．効果］
（１）本実施形態の情報通信システム１００は、情報通信によりマスター装置１ａに対してスレーブ装置１ｂが同期を図る情報通信システムであって、マスター装置１ａ及びスレーブ装置１ｂは、情報を送信する送信器１１と、情報を受信する受信器１２と、所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロック２０と、クロック２０を源振として刻時する時計３０と、を有し、スレーブ装置１ｂは、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとの間で伝送する情報の伝搬時間ｔ_ｄｓを算出する伝搬時間算出部８６と、伝搬時間ｔ_ｄｓに基づいて、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとの間の時差ｔ_０ｓを算出する時差算出部８７と、時差ｔ_０ｓに基づいて、同期制御する同期制御部８８と、を備え、マスター装置１ａがスレーブ装置１ｂに情報を送信して当該情報をスレーブ装置１ｂが受信し、スレーブ装置１ｂがマスター装置１ａに別の情報を送信して当該別の情報をマスター装置１ａが受信し、マスター装置１ａにおける情報の送信から別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔ_ｍ、スレーブ装置１ｂにおける情報の受信から別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔ_ｓ、マスター装置１ａのクロックの周波数をｆ_ｍ、スレーブ装置１ｂのクロックの周波数をｆ_ｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ、（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔとしたとき、伝搬時間算出部８６は、２次元平面上で張られるベクトルＡとベクトルＢとで成す三角形の波数領域Ｓの面積ａを、マスター装置１ａのクロックの周波数ｆ_ｍで除することにより伝搬時間ｔ_ｄｓを算出するようにした。

これにより、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂのクロック周波数が異なっていても高精度に同期することができる。すなわち、クロック周波数が異なっているので、何れかのクロック周波数を基準にして時間を計る必要がある。例えば、比較例として例示すると、スレーブ装置１ｂのクロック周波数ｆ_ｓを基準としたい場合、マスター装置１ａにおける時刻又は時間をスレーブ装置１ｂにおける時刻又は時間に換算する必要がある。マスター装置１ａの時間Δｔ_ｍに対応するスレーブ装置１ｂでの時間をΔｔ_ｍｓとすると、換算式は、Δｔ_ｍｓ＝ｒ×Δｔ_ｍとなる。ここで、ｒは、周波数比、つまり、マスター装置１ａのクロック周波数ｆ_ｍに対するスレーブ装置１ｂのクロック周波数ｆ_ｓであり（ｒ＝ｆ_ｓ／ｆ_ｍ）、周波数比ｒを求める必要がある。

これに対し、本実施形態では、上記の通り、等面積変換により、面積ａを影響を除去したい方のクロック周波数で割ることで、所望のクロック周波数を基準とした伝搬時間を求めることができるという知見が得られている。つまり、等面積変換により、時間自体の換算式（周波数比）を求めなくても、直接的に所望のクロック周波数を基準とした伝搬時間を得ることができる。そのため、演算回数を抑えることができる。その結果、演算の際に発生する丸め誤差の発生も抑えることができ、高精度の同期に繋げることができる。例えば、上記の比較例の場合、(1)周波数比ｒを求める、(2)時間換算によりΔｔ_ｍｓを求める、(3)伝搬時間ｔ_ｄｓ（＝（Δｔ_ｍｓ−Δｔ_ｓ）／２）を求める、の３ステップ必要であるが、本実施形態によれば、(I)面積ａを求める、(II)伝搬時間ｔ_ｄｓ（＝ａ／ｆ_ｍ）を求める、の２ステップで済む。

（２）スレーブ装置１ｂは、波数領域Ｓの面積ａを、ベクトルＡとベクトルＢの外積の大きさを２で除することにより算出する面積算出部８５を有するようにした。これにより、面積ａを簡便に求めることができる。

（３）マスター装置１ａは、自身のクロック２０が発振するパルス数をカウントするカウンタ４０を有し、送信器１１が、スレーブ装置１ｂに情報を少なくとも２回送信し、カウンタ４０が、スレーブ装置１ｂへの情報の送信間隔におけるパルス数をカウントし、送信器１１が、カウンタ４０によりカウントしたパルス数をスレーブ装置１ｂに送信し、スレーブ装置１ｂは、自身のクロック２０が発振するパルス数をカウントするカウンタ４０と、周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを取得する周波数取得部８２と、を有し、受信器１２が、マスター装置１ａからの情報を少なくとも２回受信し、カウンタ４０が、マスター装置１ａからの情報の受信間隔におけるパルス数をカウントし、受信器１２が、マスター装置１ａからマスター装置１ａのパルス数を受信し、周波数取得部８２は、マスター装置１ａのパルス数とスレーブ装置１ｂのパルス数とから周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを得るようにした。これにより、各装置１ａ、１ｂのクロック周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを求めることができる。

（４）マスター装置１ａが、スレーブ装置１ｂに情報を送信し、当該情報をスレーブ装置１ｂが受信し、スレーブ装置１ｂが、別の情報をマスター装置１ａに送信し、当該別の情報をマスター装置１ａが受信し、マスター装置１ａは、情報の送信時刻及び別の情報の受信時刻をスレーブ装置１ｂに送信し、スレーブ装置１ｂは、情報の送信時刻と別の情報の受信時刻とから、情報の送受信間隔Δｔ_ｍを演算する送受信間隔演算部８３と、情報の受信時刻と別の情報の送信時刻とから、別の情報の受送信間隔Δｔ_Ｓを演算する受送信間隔演算部８４と、を有するようにした。

これにより、スレーブ装置１ｂに波数領域Ｓの面積を求める情報の演算が集約されるので、マスター装置１ａの負担を軽減することができる。特に、マスター装置１ａが多くのスレーブ装置１ｂと同期される程、負担を軽減することができる。

［２．他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、上記実施形態では、各装置１ａ、１ｂは、時刻記録部７４が送信タイミングに対応する時刻（送信時刻）を、当該送信する情報に載せて当該情報を送信したが、別の情報に載せて送信するようにしても良い。送信時刻が同期相手の装置１ａ、１ｂに伝達できれば良いからである。

１００ 情報通信システム
１ 情報通信装置
１ａ マスター装置
１ｂ スレーブ装置
１０ 通信部
１１ 送信器
１２ 受信器
１３ 送信タイミング検出部
１４ 受信タイミング検出部
２０ クロック
３０ 時計
４０ カウンタ
５０ 記憶部
６０ 外部インターフェイス
７０ 制御部
７１ 主制御部
７２ 送受信データＩ／Ｆ
７３ 通信制御部
７４ 時刻記録部
７５ スケジューラ
７６ カウンタ制御部
７７ カウント数送信制御部
８０ 同期要求部
８１ カウンタ制御部
８２ 周波数取得部
８３ 送受信間隔演算部
８４ 受送信間隔演算部
８５ 面積算出部
８６ 伝搬時間算出部
８７ 時差算出部
８８ 同期制御部

Claims (8)

1. 情報通信によりマスター装置に対して前記スレーブ装置が同期を図る情報通信システムであって、
   前記マスター装置及び前記スレーブ装置は、
   情報を送信する送信器と、
   情報を受信する受信器と、
   所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、
   前記クロックを源振として刻時する時計と、
   を有し、
   前記スレーブ装置は、
   前記マスター装置と前記スレーブ装置との間で伝送する情報の伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、
   前記伝搬時間に基づいて、前記マスター装置と前記スレーブ装置との間の時差を算出する時差算出部と、
   前記時差に基づいて、同期制御する同期制御部と、
   を備え、
   前記マスター装置が前記スレーブ装置に情報を送信して当該情報を前記スレーブ装置が受信し、
   前記スレーブ装置が前記マスター装置に別の情報を送信して当該別の情報を前記マスター装置が受信し、
   前記マスター装置における前記情報の送信から前記別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔ_ｍ、前記スレーブ装置における前記情報の受信から前記別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔ_ｓ、前記マスター装置の前記クロックの周波数をｆ_ｍ、前記スレーブ装置のクロックの周波数をｆ_ｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ、（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔとしたとき、
   前記伝搬時間算出部は、
   前記２次元平面上で張られる前記ベクトルＡと前記ベクトルＢとで成す三角形の波数領域の面積を、前記マスター装置の前記クロックの周波数で除することにより前記伝搬時間を算出すること、
   を特徴とする情報通信システム。
2. 前記スレーブ装置は、
   前記波数領域の面積を、前記ベクトルＡと前記ベクトルＢの外積の大きさを２で除することにより算出する面積算出部を有すること、
   を特徴とする請求項１記載の情報通信システム。
3. 前記マスター装置は、
   自身の前記クロックが発振するパルス数をカウントするカウンタを有し、
   前記送信器が、前記スレーブ装置に情報を少なくとも２回送信し、
   前記カウンタが、前記スレーブ装置への前記情報の送信間隔における前記パルス数をカウントし、
   前記送信器が、前記カウンタによりカウントした前記パルス数を前記スレーブ装置に送信し、
   前記スレーブ装置は、
   自身の前記クロックが発振するパルス数をカウントするカウンタと、
   前記周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを取得する周波数取得部と、
   を有し、
   前記受信器が、前記マスター装置からの前記情報を少なくとも２回受信し、
   前記カウンタが、前記マスター装置からの前記情報の受信間隔における前記パルス数をカウントし、
   前記受信器が、前記マスター装置から前記マスター装置の前記パルス数を受信し、
   前記周波数取得部は、前記マスター装置の前記パルス数と前記スレーブ装置の前記パルス数とから前記周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを得ること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の情報通信システム。
4. 前記マスター装置が、前記スレーブ装置に情報を送信し、当該情報を前記スレーブ装置が受信し、前記スレーブ装置が、別の情報を前記マスター装置に送信し、当該別の情報を前記マスター装置が受信し、
   前記マスター装置は、前記情報の送信時刻及び前記別の情報の受信時刻を前記スレーブ装置に送信し、
   前記スレーブ装置は、
   前記情報の送信時刻と前記別の情報の受信時刻とから、前記情報の送受信間隔を演算する送受信間隔演算部と、
   前記情報の受信時刻と前記別の情報の送信時刻とから、前記別の情報の受送信間隔を演算する受送信間隔演算部と、
   を有すること、
   を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の情報通信システム。
5. 他の情報通信装置と情報通信により同期を図る情報通信装置であって、
   情報を送信する送信器と、
   情報を受信する受信器と、
   所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、
   前記クロックを源振として刻時する時計と、
   を有し、
   前記他の情報通信装置との間で伝送する情報の伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、
   前記伝搬時間に基づいて、前記他の情報通信装置との間の時差を算出する時差算出部と、
   前記時差に基づいて、前記他の情報通信装置との同期を制御する同期制御部と、
   を備え、
   前記他の情報通信装置から送信された情報を受信し、
   前記他の情報通信装置に別の情報を送信し、
   前記他の情報通信装置における前記情報の送信から前記別の情報の受信までの送受信間隔をΔｔ_ｍ、前記情報通信装置における前記情報の受信から前記別の情報の送信までの受送信間隔をΔｔ_ｓ、前記他の情報通信装置のクロックの周波数をｆ_ｍ、前記情報通信装置のクロックの周波数をｆ_ｓとし、横軸が周波数、縦軸が時間である２次元平面におけるベクトルＡ、ベクトルＢを（ｆ_ｓ、Δｔ_ｓ）^Ｔ、（ｆ_ｍ、Δｔ_ｍ）^Ｔとしたとき、
   前記伝搬時間算出部は、
   前記２次元平面上で張られる前記ベクトルＡと前記ベクトルＢとで成す三角形の波数領域の面積を、前記他の情報通信装置のクロックの周波数で除することにより前記伝搬時間を算出すること、
   を特徴とする情報通信装置。
6. 前記波数領域の面積を、前記ベクトルＡと前記ベクトルＢの外積の大きさを２で除することにより算出する面積算出部を有すること、
   を特徴とする請求項５記載の情報通信装置。
7. 前記クロックが発振するパルス数をカウントするカウンタと、
   前記周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを取得する周波数取得部と、
   を有し、
   前記受信器が、前記他の情報通信装置からの情報を２回受信し、
   前記カウンタが、前記他の情報通信装置からの情報の受信間隔における前記パルス数をカウントし、
   前記受信器が、前記他の情報通信装置から前記受信間隔に対応する情報の送信間隔での前記パルス数を受信し、
   前記周波数取得部は、前記他の情報通信装置の前記パルス数と前記情報通信装置の前記パルス数とから前記周波数ｆ_ｍ、ｆ_ｓを得ること、
   を特徴とする請求項５又は６記載の情報通信装置。
8. 前記他の情報通信装置が送信した情報を受信し、
   別の情報を前記他の情報通信装置に送信し、
   前記情報の送信時刻及び前記別の情報の受信時刻を受信し、
   前記情報の送信時刻と前記別の情報の受信時刻とから、前記情報の送受信間隔を演算する送受信間隔演算部と、
   前記情報の受信時刻と前記別の情報の送信時刻とから、前記別の情報の受送信間隔を演算する受送信間隔演算部と、
   を有すること、
   を特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の情報通信装置。

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