JP5260408B2 - 時刻同期網及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、時刻同期網及び通信装置に係り、特に、原振が異なる高精度のクロック同期網の同期クロックを利用することにより、原振は同一であるものの異なる時刻配信手段により時刻同期を行う通信装置間において、高精度に時刻同期する網を構成する時刻同期網及び通信装置に関するものである。

携帯電話網の基地局装置間では、搬送波の周波数同期を取るため、又ハンドオーバー時の基地局装置間での同期を取るために、現在、例えば、１０^−８オーダーでの時刻同期が要求されている。従来、これを実現するために、非特許文献１（５４ページ）に示されるように、各基地局は各々ＧＰＳ受信アンテナを用意し、人工衛星から同報される時刻信号を受信し、時刻同期を行っている。しかし基地局の中にはＧＰＳ衛星からの電波を直接受信出来ない場所（一例として地下など）に設置されるものもあり、ＧＰＳによる時刻同期が現実的に困難なケースも存在する。これに対応し、近年、基地局装置を収容する伝送網のパケット化の進展に伴い、比較的高い精度での時刻同期を実現するＩＥＥＥ１５８８などによるパケットベースでの時刻同期を行う方向性も探られている。しかし、ＩＥＥＥ１５８８による時刻同期精度はサブマイクロ秒、即ち１０^−７オーダーであり、携帯電話基地局装置間に要求されている１０^−８という同期精度を実現する為には、性能が不足している場合が想定される。
ＩＥＥＥ１５８８については、より高精度のクロック同期を必要とするテレコムネットワークでの適用も検討され始めており、非特許文献２（Ｐａｇｅ１５〜Ｐａｇｅ１７）に示される様に、ＩＥＥＥ１５８８による時刻補正間隔を短縮することにより、精度を高める方向での規格化が進められている。しかし、この方式では時刻補正間隔の短縮により、主信号トラフィックに占める時刻補正パケットの比率が高まり、ネットワーク負荷が増大するという課題があり、これに対する解として、同じく非特許文献２（Ｐａｇｅ１５〜Ｐａｇｅ１７）に示される様に、時刻同期メッセージ用のパケットの長さを短縮するという方向での規格化が進められている。しかし、いずれにしても同期精度の向上に伴い、時刻補正間隔の短縮によるネットワーク負荷は増大する傾向にある。

一方、従来のＩＥＥＥ１５８８プロトコルでも、基地局装置を収容するパケット伝送網上の各パケット伝送装置において、要求される時刻同期精度である、例えば１０^−８よりも高精度の発信機を実装し、時刻補正が行われない間時計を自走することにより、要求される精度を実現することが可能である。例えば、一般的なＩＥＥＥ１５８８の動作環境において、時刻補正間隔を１秒と考える。パケット伝送装置に搭載するクロックの精度が１０^−９である場合、１０^−８オーダーのクロック１周期は、１０^−９オーダーのクロック１０周期と同一時間である。同期を必要とする複数の基地局装置が、各々１０^−９オーダーの精度のクロックを搭載する際、各基地局装置搭載のクロック間で、１秒当たり最悪１０^−９オーダーのクロック１クロック分の差分が発生する。言い換えると、１０^−９オーダーの精度のクロックで駆動する時計間で、１０^−８オーダーのクロック１周期分の差分が発生するまでには、１０秒間を要すると言う事が出来る。従って、１０秒よりも短い周期、例えば１／１０であるところの１秒オーダーの間隔で、二つの時計の間の時刻補正を行うことにより、１０^−８オーダーの時刻同期を行うことが可能である。以上より、この例では、最低でも１０^−９オーダーの精度のクロックで駆動する時計を使用し、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルを動作することにより、携帯電話基地局装置間で要求される１０^−８オーダーの精度での時刻同期が可能となる。しかし実際には、温度など周囲環境の変化が発生した場合にも安定的に１０^−９オーダー以上の高精度クロックを発生するクロックは原子時計に準じるレベルであり、コストが高いと考えられる。

ここで、携帯電話基地局を収容する伝送装置側に目を向ける。従来携帯電話基地局を収容するＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ伝送装置には、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴインタフェース経由で、現状では、例えば、１０^−１２オーダーのクロック同期をすることが要求されている。これを実現する為に、伝送装置を階層的に配置し、クロック同期網を構成し、最上位階層の伝送装置に対し、高精度のクロック源からクロックを供給し、以降、下位層の伝送装置は、上位層の伝送装置から受信するデータより、可変発振器によりクロックを再生抽出し、このクロックに同期することにより、伝送網内全体で、要求された精度でのクロック同期を実現している。又、近年の伝送網のパケット化の進展に伴い、パケット網内での高精度のクロック同期を実現する為に、ＩＴＵ−ＴにおいてＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．８２６１，Ｇ．８２６２）の規格化が行われ、パケット網においても、従来のＳＤＨ／ＳＯＮＥＴと同等の精度でのクロック同期が可能となっている。
しかし、伝送装置により構成されるクロック同期網、又はパケット伝送装置により構成されるクロック同期網は、高精度のクロック同期を行ってはいるが、時刻の管理を行っておらず、又、ＧＰＳ側のクロックとも同期していない。

携帯電話のしくみ（株式会社Ａ２Ａ研究所２００８年８月）Ｐ．５４（ＵＲＬ −＞ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａ２ａ．ｊｐ／ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ／ｍｏｂｉｌｅ＿ｐｈｏｎｅ．ｐｄｆ） ＩＥＥＥ１５８８ＴＭ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＵＲＬ −＞ ｈｔｔｐ：／／ｉｅｅｅ１５８８．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ｔｕｔｏｒｉａｌ−ｔｅｌｃｏｍ．ｐｄｆ）

本発明が解決しようとする課題は、ＧＰＳによる時刻同期を行う基地局装置と、ＧＰＳによる時刻同期をＩＥＥＥ１５８８などのプロトコルによりパケット網経由で行う基地局装置が同一ネットワーク中に存在する場合に、両者の時刻同期を要求精度内で実現しようとした場合に、時刻補正間隔の短縮に伴いネットワークの負荷が増大するか、又は、高精度発振器の搭載によるコスト増加を招くことになる点である。
本発明は、以上の点に鑑み、ネットワークの負荷を増大させず、又は、高精度発振器の搭載によるコスト増加を招くことなく、基地局及び／又は通信装置の時刻同期を要求精度内で実現することを目的とする。

本発明は、例えば、伝送網側で実現している、安定的で高精度なクロック同期機能により供給されるクロックと、これとは異なるＧＰＳ由来のクロックとの差分検出機能を持ち、伝送網側の高精度な網同期クロックにより動作し、且つ差分検出機能により適宜補正を行うＧＰＳエミュレーション時計を使用し、ＩＥＥＥ１５８８などの時刻同期プロトコルを動作させることを最も主要な特徴とする。

本発明の第１の解決手段によると、
複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網において、
前記時刻同期網の最上位の通信装置は、
時刻源となる時計から時刻情報を受信する時刻受信機能と、
前記時刻源となる時計と非同期で前記時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号を受信し、該外部参照クロック信号に同期するクロック信号を生成する外部クロック受信機能と、
前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、外部発振器由来の時間を算出し、前記時刻源となる時計から受信した時刻を元に前記時刻源由来の時間を算出し、前記外部発振器由来の時間と前記時刻源由来の時間との比較から、前記時刻源による原振と前記外部発振器による原振の二つの原振間の時間の差分情報を検出する原振間オフセット検出機能と、
前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記原振間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルによる時刻同期より高精度で前記時刻源となる時計に同期する主局エミュレーション時計と、
前記主局エミュレーション時計からの時刻情報を元に、前記時刻同期プロトコルに従い時刻同期メッセージを生成するマスター機能と、
前記時刻同期メッセージを、前記外部クロック受信機能より供給されるクロック信号に同期するタイミングで生成される伝送符号により、下位の通信装置へ送出する機能と
を備え、

前記時刻同期網の最上位以外の通信装置は、
前記時刻同期メッセージを上位の通信装置から受信し、
前記上位の通信装置と接続された伝送路の信号の伝送符号よりクロック成分を抽出し、最上位の通信装置のクロックに前記時刻源より高精度に同期するクロック信号を生成する主信号クロック抽出機能と、
前記時刻同期プロトコルにより配信された時刻同期メッセージから時刻情報を抽出する前記時刻同期プロトコルにおけるスレーブ機能と、
前記主信号クロック抽出機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、主信号クロック由来の時間を算出し、前記スレーブ機能が受信した時刻より時刻同期プロトコル由来の時間を算出し、前記主信号クロック由来の時間と前記時刻同期プロトコル由来の時間との比較から、二つのクロック源間の時間の差分情報を検出するクロック源間オフセット検出機能と、
前記主信号クロック抽出機能により生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記クロック源間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルより高精度で前記スレーブ機能の時刻、前記主局エミュレーション時計の時刻、及び前記時刻源となる時計の時刻に同期する従局エミュレーション時計と、
を備えた
前記時刻同期網が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網における最上位の通信装置であって、
時刻源となる時計から時刻情報を受信する時刻受信機能と、
前記時刻源となる時計と非同期で前記時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号を受信し、該外部参照クロック信号に同期するクロック信号を生成する外部クロック受信機能と、
前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、外部発振器由来の時間を算出し、前記時刻源となる時計から受信した時刻を元に前記時刻源由来の時間を算出し、前記外部発振器由来の時間と前記時刻源由来の時間との比較から、前記時刻源による原振と前記外部発振器による原振の二つの原振間の時間の差分情報を検出する原振間オフセット検出機能と、
前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記原振間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルによる時刻同期より高精度で前記時刻源となる時計に同期する主局エミュレーション時計と、
前記主局エミュレーション時計からの時刻情報を元に、前記時刻同期プロトコルに従い時刻同期メッセージを生成するマスター機能と、
前記時刻同期メッセージを、前記外部クロック受信機能より供給されるクロック信号に同期するタイミングで生成される伝送符号により、下位の通信装置へ送出する機能と
を備えた前記通信装置が提供される。

本発明の第３の解決手段によると、
複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網における最上位以外の通信装置であって、
上位の通信装置のエミュレーション時計からの時刻情報を元に時刻同期プロトコルに従い生成され、且つ、時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号と同期するタイミングで生成される伝送符号により送出された時刻同期メッセージを上位の通信装置から受信し、
前記上位の通信装置と接続された伝送路の信号の伝送符号よりクロック成分を抽出し、最上位の通信装置のクロックに前記時刻源より高精度に同期するクロック信号を生成する主信号クロック抽出機能と、
前記時刻同期プロトコルにより配信された時刻同期メッセージから時刻情報を抽出する前記時刻同期プロトコルにおけるスレーブ機能と、
前記主信号クロック抽出機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、主信号クロック由来の時間を算出し、前記スレーブ機能が受信した時刻より時刻同期プロトコル由来の時間を算出し、前記主信号クロック由来の時間と前記時刻同期プロトコル由来の時間との比較から、二つのクロック源間の時間の差分情報を検出するクロック源間オフセット検出機能と、
前記主信号クロック抽出機能により生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記クロック源間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルより高精度で前記スレーブ機能の時刻、前記主局エミュレーション時計の時刻、及び前記時刻源となる時計の時刻に同期する従局エミュレーション時計と、
を備えた前記通信装置が提供される。

本発明によると、ネットワークの負荷を増大させず、又は、高精度発振器の搭載によるコスト増加を招くことなく、基地局及び／又は通信装置の時刻同期を要求精度内で実現出来るという格別の効果がある。
本発明は、例えば、ＧＰＳによる時刻同期を行う基地局装置と、ＧＰＳによる時刻同期をＩＥＥＥ１５８８などのプロトコルによりパケット網経由で行う基地局装置が同一ネットワーク中に存在する場合等に、格別の効果を奏する。

本実施の形態の時刻同期網のシステム構成図である。 ＩＥＥＥ１５８８において示されている時刻同期プロトコルの概要説明図である。 主局に設置するパケット伝送装置の構成を示した説明図である。 従局に設置するパケット伝送装置の構成を示した説明図である。 主局設置のパケット伝送装置における原振間オフセットの検出概念例図である。 本実施の形態の中で使用する各種パラメータ及び計算式の一覧の説明図である。 ＧＰＳ時刻補正機能１０における主局ＧＰＳエミュレーション時計９に対する時刻補正量を決定する処理フローチャートである。 ＧＰＳエミュレーション時刻のＧＰＳ時刻への追従状況の概念図である。

図１は、本実施の形態の時刻同期網のシステム構成図である。
本図では、階層的に構成したクロック同期網、及び時刻同期網の構成概要を示している。時刻同期網は、時刻同期網及びクロック同期網の最上位となる主局設置のパケット伝送装置１、主局のクロック及び時刻に同期して動作する従局設置の伝送装置２を多段に接続して階層的に構成する。本例では、クロック及び時刻同期網の末端に、ＧＰＳアンテナ１３を有しＧＰＳ衛星６からのＧＰＳ信号７３により時刻を受信可能な基地局装置３と、クロック及び時刻同期網の末端装置として動作する基地局装置４を接続している。尚、本例ではクロック同期網は、一例として、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔを、時刻同期網はＩＥＥＥ１５８８を使用しているが、例えば時刻同期についてはＮＴＰなど他のプロトコルを使用しても良い。
主局設置のパケット伝送装置１はＧＰＳアンテナ１３を有し、ＧＰＳ衛星６から受信するＧＰＳ信号７３より時刻情報の配信を受ける機能を有する。又、高精度網同期原振クロック５より高精度の網同期用クロックを受信する機能を有する。更に、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔにより、高精度網同期原振クロック５から受信したクロックに同期したＥｔｈｅｒｎｅｔ信号７１の送出機能を有するとともに、ＩＥＥＥ１５８８マスター装置として動作し、従局設置のパケット伝送装置に対し、マスタークロックに同期したＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号を伝達し、且つＩＥＥＥ１５８８メッセージ７２により時刻同期を行う機能を有する。

従局設置のパケット伝送装置２は、主局又は上位の従局から受信したＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号７１よりクロックを抽出し網同期を行うとともに、ＩＥＥＥ１５８８メッセージ７２により時刻情報の配信を受け、主局のクロック及び時計に従属して動作する機能を有する。又、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔにより、主局又は上位の従局のクロックに同期したＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号７１の送出機能を有するとともに、ＩＥＥＥ１５８８マスター装置として動作し、従局設置のパケット伝送装置に対し、マスタークロックに同期したＥｔｈｅｒｎｅｔ信号を伝達し、且つＩＥＥＥ１５８８メッセージ７２により時刻同期を行う機能を有する。
尚、本実施の形態において、ＩＥＥＥ１５８８により同期を図る時刻は、ＧＰＳ衛星６により配信される時刻に同期しており、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔにより同期を図るクロックは高精度網同期原振クロック５より供給されるクロックに同期している。主局設置のパケット伝送装置１、及び従局設置のパケット伝送装置２においては、ＧＰＳ衛星６により配信される時刻を内部発振器によらず、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔにより高精度に大元の高精度網同期原振クロック５に同期したクロックで駆動し、且つ高精度に追従する時計を有するという特徴を持つ。
ここで、以降の説明の簡単化の為、用語の定義をする。先ず、時刻という用語について定義する。時刻は、１２時００分００秒などのように、ある唯一の時点を表す識別情報であるとする。次に時間という用語について定義する。時間は時の幅を表す量である。即ち、ある二つの時刻の差分として定義することが出来、また、ある単位時間の累積として定義することが出来る。時刻１２時００分００秒と時刻１３時００分００秒の差分として表される時間は１時間００分００秒である。又、１秒間という時間を３０回累積として表される時間は３０秒である。
本図の説明の最後に、ＧＰＳによる時刻同期と網同期によるクロック同期の精度の概略、及び網同期による時刻同期に求められる精度を説明する。先ず、主局設置のパケット伝送装置１、及び基地局装置３がＧＰＳ衛星より配信される時刻情報に同期する精度は１０^−８である。又、網同期によるクロック同期の精度は１０^−１２である。一般に、ＧＰＳ衛星により配信される時刻情報に対する同期精度が１０^−８であることから、網同期による時刻同期の精度についても、末端の基地局装置４において１０^−８の精度を維持する必要がある。一般にＩＥＥＥ１５８８における時刻同期精度はサブマイクロ秒オーダー、すなわち１０^−７程度の精度と言われており、時刻同期の精度を一桁以上向上させることが求められる条件となる。

図２は、ＩＥＥＥ１５８８において示されている時刻同期プロトコルの概要を示したものである。
以下に、本図を用いて、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期プロトコルの概要を説明し、時刻同期メッセージに搭載する時刻情報が、単純にＧＰＳにより配信される時刻をそのまま配信すれば良い訳でなく、ＧＰＳ時刻配信の合間にも自走し、かつ高い精度でＧＰＳ時刻に同期する時計により得られる時刻情報を必要とすることを説明する。

はじめに、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期プロトコルの概要を説明する。伝送路により接続された二つの装置間で情報の授受を行う場合、伝送距離に応じた伝送遅延が発生する。この為、ある時点の時刻情報を搭載したメッセージも、受信する際には伝送遅延分の遅れを加味する必要がある。ＩＥＥＥ１５８８では、この点に留意し、二装置間の時刻のずれと伝送遅延という二つのパラメータを検出するプロトコルを構成し、時刻補正を行う方式を取っている。ＩＥＥＥ１５８８では、時刻同期の元となる情報を提供する装置の方をマスター、提供された時刻情報に追随する装置の方をスレーブと呼んでいる。本図では、プロトコルの解説にあたり、シーケンス図を使用しており、マスター側のマスター時刻１１３、及びスレーブ側のスレーブ時刻１１４の間でメッセージの授受を行う様子を時系列に記述している。時系列としては、図の上から下に向かって時間が経過していく。マスター装置側では、時刻同期周期１２１で、周期的に時刻同期プロトコルを起動する。尚、この時刻同期周期１２１は、この例では、１秒以上と定義されているが、これに限られず適宜の値とすることができる。マスター装置側では時刻同期プロトコルを起動するタイミングになると、先ずこの時点のマスター側の時刻情報ｔ１を記録し、Ｓｙｎｃメッセージ１１５をスレーブ装置側へ送出する。スレーブ側装置では、Ｓｙｎｃメッセージ１１５を受信すると、受信した時点のスレーブ装置の時刻ｔ２を記録する。続いて、マスター装置はＳｙｎｃメッセージ１１５を送出した時刻ｔ１の情報を搭載したＦｏｌｌｏｗ＿Ｕｐメッセージを１１６送出する。この一連のプロトコルにより、スレーブ装置側はマスター側がＳｙｎｃメッセージ１１５を送出したマスター側時刻ｔ１と自装置がＳｙｎｃメッセージ１１５を受信したスレーブ側時刻ｔ２の情報を得る。この二つの時刻情報の間の差である時間を計算することにより、スレーブ装置側はマスター側時刻１１３とスレーブ側時刻１１４のずれと伝送路遅延の和の時間を得ることが出来る。続いて、スレーブ装置はＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージ１１７をマスター装置に向けて送出するとともに、Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージ１１７を送出した時刻ｔ３を記録する。Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージ１１７を受信したマスター装置は、その時点の時刻ｔ４を記録し、Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐメッセージ１１８に時刻情報ｔ４を記載してスレーブ装置に向けて送出する。これにより、スレーブ装置はスレーブ装置がＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージを送出したスレーブ側時刻ｔ３とマスター装置がＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージを受信したマスター側時刻ｔ４の情報を得る。この二つの時刻情報の間の差である時間を計算することにより、スレーブ側装置はマスター側時刻１１３とスレーブ側時刻１１４の間のずれと伝送路遅延の和の時間を得ることが出来る。但し、ここで得られる時間情報は、先程のＳｙｎｃメッセージ１１５、Ｆｏｌｌｏｗ＿Ｕｐメッセージ１１６により得られる時間情報に対して、メッセージの送受方向が反転した関係となっており、マスター側時刻１１３とスレーブ側時刻１１４のずれについては正負反転した状態で加算された値となっている。Ｓｙｎｃメッセージ１１５とＦｏｌｌｏｗ＿Ｕｐメッセージ１１６の送受により得られる時間と、Ｄｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージ１１７とＤｅｌａｙ＿Ｒｅｓｐメッセージ１１８の送受により得られる時間の和は伝送路遅延の二倍の時間に相当し、各々の時間の差はマスター側時刻１１３とスレーブ側時刻１１４のずれの二倍の時間に相当する。以上より、スレーブ側装置はマスター側時刻１１３とスレーブ側時刻１１４との間のずれ時間の情報を知り、スレーブ側時刻１１４をマスター側時刻１１３に追従することが可能となる。

しかし、ここでＩＥＥＥ１５８８による時刻同期周期１２１は１秒以上であり、またＧＰＳによる時刻配信周期も１秒である。この為、マスター側において少なくとも１秒間は自装置内のクロックにより駆動し、必要な精度でＧＰＳ時刻をエミュレートし、且つ必要な時間分解能を有する時計が必要である。本実施の形態では、このＧＰＳ時刻をエミュレートする時計を駆動する高精度のクロック源として、高精度の内部発振器ではなく、クロック同期により得られる高精度な同期クロックを使用する点を特徴としている。
本図の説明の最後に、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルの動作を実際の例に従い、概観する。先ず、マスター側装置とスレーブ側装置の時刻のずれが１０ｎｓｅｃであったとする。又、マスター側装置とスレーブ側装置は２０ｋｍの伝送路で接続されている、即ち５ｎｓｅｃ／ｍの伝送路遅延があると仮定すると、１００μｓｅｃの伝送路遅延があるものとする。今、マスター側装置において、１２：００：００の時点でＳｙｎｃメッセージを、スレーブ側装置が１２：００：００＋０．１ｓｅｃの時点でＤｅｌａｙ＿Ｒｅｑメッセージを発行するとした場合、ｔ１〜ｔ４の値はマスター側の時刻を基準に考えると以下の様になる。
ｔ１＝１２：００：００
ｔ２＝１２：００：００＋１０ｎｓｅｃ＋１００μｓｅｃ
ｔ３＝１２：００：００＋０．１ｓｅｃ＋１０ｎｓｅｃ
ｔ４＝１２：００：００＋０．１ｓｅｃ＋１００μｓｅｃ
各時刻情報を元に、時間差を求める。
ｔ２−ｔ１＝１００，０１０ｎｓｅｃ＝伝送路遅延＋マスタースレーブ間の時間差
ｔ４−ｔ３＝ ９９，９９０ｎｓｅｃ＝伝送路遅延−マスタースレーブ間の時間差
以上より、伝送路遅延及びマスタースレーブ間の時間差（時刻のずれ）を以下の様に求めることが出来る。
伝送路遅延＝｛（ｔ２−ｔ１）＋（ｔ４−ｔ３）｝／２＝１００μｓｅｃ
マスタースレーブ間の時間差＝｛（ｔ２−ｔ１）−（ｔ４−ｔ３）｝／２＝１０ｎｓｅｃ

次に、本実施の形態により構成するクロック同期、及び時刻同期網内の各パケット伝送装置の構成、及び動作を説明する。
図３は、主局設置のパケット伝送装置１の構成例を示したものである。
主局設置のパケット伝送装置１は、外部クロック受信機能２１、原振間オフセット検出機能２３とＧＰＳ時刻受信機能２５とＧＰＳ時刻補正機能１０と主局ＧＰＳエミュレーション時計９を有する自走ＧＰＳ時計機能８、設定情報記憶機能２８とＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能２９とＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能３０を有するＩＥＥＥ１５８８マスター機能１１、ＧＰＳアンテナ１３、及びクロック同期パケット符号送受信機能１２を備える。外部クロック受信機能２１は高精度網同期原振クロック５に接続され、ＧＰＳアンテナ１３はＧＰＳ衛星６よりＧＰＳ信号並びにＧＰＳ信号内の時刻情報を受信し、設定情報記憶機能２８は外部監視制御装置２０に接続し、クロック同期パケット符号送受信機能１２は、従局設置のパケット伝送装置２に接続する。

次に、装置内の各機能の概要を説明する。
先ず、本装置は高精度網同期原振クロック５からの参照クロック信号（一般に、クロックはＯＮ／ＯＦＦを各一回を一周期とし、例えば６４ｋＨｚクロック信号の場合、このＯＮ／ＯＦＦの周期を１秒間に６４，０００回繰り返す信号のことを言う。ＯＮ／ＯＦＦ周期は常に一定である）を、外部クロック受信機能２１で受け、減衰、波形劣化などの影響を除去し波形を整形した後、外部クロック受信機能２１の内部に搭載したＰＬＬにより、高精度網同期原振クロック５に同期したクロック信号を安定的に生成する。外部クロック受信機能２１は、生成したクロック信号を原振間オフセット検出機能２３、主局ＧＰＳエミュレーション時計９、クロック同期パケット符号送受信機能１２に供給する。尚、外部クロック受信機能２１が、高精度網同期原振クロック５の供給する参照クロックに同期する精度は１０^−１２オーダーである。一方、ＧＰＳ時刻受信機能２５は、ＧＰＳアンテナ１３経由でＧＰＳ衛星６からのＧＰＳ情報を受信し、時刻情報を抽出し、原振間オフセット検出機能２３に対し周期的にＧＰＳ時刻情報を供給する。原振間オフセット検出機能２３は、外部クロック受信機能２１から供給されるクロックのＯＮ／ＯＦＦ周期数をカウントし、外部発振器５由来の時間を計測する。又、原振間オフセット検出機能２３は、ＧＰＳ時刻受信機能２５から供給される時刻情報を元に、ＧＰＳ衛星６由来の時間を計測する。原振間オフセット検出機能２３は、上述のように求めた外部発振器５由来の時間及びＧＰＳ衛星６由来の時間情報を比較し、原振間の時間の差分を算出し、ＧＰＳ時刻補正機能１０に対し原振間の時間の差分情報（本例では、外部発振器５由来の時間１秒間あたり、ＧＰＳ衛星６由来の時間１秒間が±何ｐｓ等ずれているという情報であるものとする）を供給する。ＧＰＳ時刻補正機能１０は、原振間オフセット検出機能２３から供給される原振間の時間の差分情報を元に、装置内において必要な精度を維持可能な様に決定した補正周期で、主局ＧＰＳエミュレーション時計９の時刻補正を行う。主局ＧＰＳエミュレーション時計９は、外部クロック受信機能２１より供給されるクロック信号を元に駆動し、ＧＰＳ時刻補正機能１０、及びＩＥＥＥ１５８８マスター機能１１に対し時刻情報（何時何分何秒という情報。尚、秒以下の情報については、小数点以下の情報として提供可能であるものとする）を供給するとともに、ＧＰＳ時刻補正機能１０からの時刻補正情報を受け取り、時刻の補正を行う。

ＩＥＥＥ１５８８マスター機能１１は、設定情報記憶機能２８、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能２９、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能３０を備える。設定情報記録機能２８は外部監視制御装置２０より、ＩＥＥＥ１５８８の時刻同期に対する要求精度情報を設定され、これを記憶する。ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能２９は、設定情報記憶機能２８が記憶する要求精度情報を読み出し、自装置内のクロックの同期及び動作精度情報とから、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔を算出し、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能３０に対しＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔情報を供給する。ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能３０は、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能２９から供給されるＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔情報を元に時刻補正メッセージの送出タイミングを決定し、主局ＧＰＳエミュレーション時計９から供給されるＧＰＳエミュレーション時刻情報を元に、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージを生成し、クロック同期パケット符号送受信機能１２経由で従局設置のパケット伝送装置２（又は基地局装置４）に対しＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージを送信し、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期プロトコルを起動する。尚、ＩＥＥＥ１５８８マスター機能１１は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されるプロトコルのマスター側としての動作機能を有する。最後にクロック同期パケット符号送受信機能１２は、外部クロック受信機能２１からのクロック供給を受け、これに同期したタイミングで伝送路符号の送出を行う。又、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能３０から送信要求があったパケット、及び本装置より送信する主信号パケットは全て、クロック同期パケット符号送受信機能１２によりＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号として、外部クロック受信機能２１より供給されるクロックに同期した伝送路符号で送出される。

図４は、従局設置のパケット伝送装置２の構成例を示したものである。
従局設置のパケット伝送装置２は、主信号クロック抽出機能３１、クロック源間オフセット検出機能３３とＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能３５とＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７と従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６を有する自走ＩＥＥＥ１５８８時計機能１５、設定情報記憶機能３８とＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能３９とＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能４０を有するＩＥＥＥ１５８８マスター機能１８、及びクロック同期パケット符号送受信機能１９を備える。主信号クロック抽出機能３１、及びＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能３５は主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２と接続し、設定情報記憶機能３８は外部制御装置２０に接続し、クロック同期パケット符号送受信機能１９は、下位の従局設置のパケット伝送装置２又は基地局装置４に接続する。

次に、装置内の各機能の概要を説明する。
先ず、主信号クロック抽出機能３１は、主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２から受信したＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号である主信号の伝送路符号よりクロック成分を抽出し、主信号クロック抽出機能３１の内部に搭載したＰＬＬにより、主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２から受信した主信号クロックに同期したクロック信号を安定的に生成する。主信号クロック抽出機能３１は、生成したクロック信号をクロック源間オフセット検出機能３３、従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６、クロック同期パケット符号送受信機能１９に供給する。尚、主信号クロック抽出機能３１が、主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２から受信した主信号より抽出したクロックに同期する精度は１０^−１２オーダーである。一方、ＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能３５は、従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６の時刻情報を参照する機能を持ち、主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２から受信した主信号中のＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージを受信し、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルに従い、メッセージ中の時刻情報の抽出、メッセージ送受信時の自装置の時刻情報の記録を行い、主局側が意図する時刻情報の計算を行う（一連の動作、計算の考え方については、図２において説明した通りである）。又、主局側より提供された時刻情報をＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７に対して提供するとともに、クロック源間オフセット検出機能３３に対し、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルより得られた時刻情報を供給する。クロック源間オフセット検出機能３３は、主信号クロック抽出機能３１から供給されるクロックのＯＮ／ＯＦＦ周期数をカウントし、主局設置のパケット伝送装置１又は上位の従局設置のパケット伝送装置２から受信した主信号クロック由来の時間を計測する。又、クロック源間オフセット検出機能３３は、ＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能３５から供給される時刻情報を元に、ＩＥＥＥ１５８８により配信されるＧＰＳ衛星６由来の時間を計測する。クロック源間オフセット検出機能３３は、前記により求めた主信号クロック由来の時間情報とＩＥＥＥ１５８８由来の時間情報を比較し、クロック源間の時間の差分を検出し、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７に対し時間の差分情報を供給する。ＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７は、クロック源間オフセット検出機能３３から供給されるクロック源間の時間の差分情報と、ＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能３５より供給されるＩＥＥＥ１５８８プロトコルにより得られるマスター装置側の時刻情報を元に、装置内において必要な精度を維持可能な様に決定した補正周期で、従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６の時刻補正を行う。従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６は、従局クロック生成機能１４より供給されるクロック信号を元に駆動し、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７、及びＩＥＥＥ１５８８マスター機能１８に対し、ＩＥＥＥ１５８８プロトコル上の上位装置の時刻、すなわち大元であるＧＰＳ時刻をエミュレーションした時刻情報を供給するとともに、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能１７からの周期的な時刻補正情報を受け取り、時刻の補正を行う。

ＩＥＥＥ１５８８マスター機能１８は、設定情報記憶機能３８、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能３９、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能４０を備える。設定情報記録機能３８は外部監視制御装置２０より、ＩＥＥＥ１５８８の時刻同期に対する要求精度情報を設定され、これを記憶する。ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能３９は、設定情報記憶機能３８が記憶する要求精度情報を読み出し、自装置内のクロックの同期及び動作精度情報とから、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔を算出し、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能４０に対しＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔情報を供給する。ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能４０は、ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能３９から供給されるＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージの送出間隔情報を元に時刻補正メッセージの送出タイミングを決定し、従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計１６から供給されるＩＥＥＥ１５８８経由で配信されるＧＰＳエミュレーション時刻情報を元に、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージを生成し、クロック同期パケット符号送受信機能１９経由で下位の従局設置のパケット伝送装置２、又は基地局装置４に対しＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージを送信し、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期プロトコルを起動する。尚、ＩＥＥＥ１５８８マスター機能１１は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されるプロトコルのマスター側としての動作機能を有する。最後にクロック同期パケット符号送受信機能１９は、主信号クロック抽出機能３１からのクロック供給を受け、これに同期したタイミングでＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号として、伝送路符号の送出を行う。又、ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能４０から送信要求があったパケット、及び本装置より送信する主信号パケットは全て、クロック同期パケット符号送受信機能１９により、主信号クロック抽出機能３１より供給されるクロックに同期した伝送路符号で送出される。尚、従局設置のパケット伝送装置２においては、ＩＥＥＥ１５８８のマスター機能、及びスレーブ機能の両方を有しているが、スレーブからマスターへの時刻情報のリレーは行っていない。これにより、自装置のパケットスイッチにより生じる伝送遅延、及び遅延のゆらぎの影響を受けない構成となっている。

尚、図４の実施の形態に示した従局設置のパケット伝送装置２は、ＩＥＥＥ１５８８のマスター機能とスレーブ機能の両方を有しているが、同期網の末端装置（図１における基地局装置４、又は、末端のパケット伝送装置）においては、マスター側機能を省略し、スレーブ側機能のみを有している装置構成としても良い。

図５は、主局設置のパケット伝送装置１の原振間オフセット検出機能２３における原振間オフセットの検出の概念を示したタイミングチャートである。
先ず、本図では上段に外部クロック受信機能２１より供給される外部クロック受信機能供給クロック４１の波形を記述し、下段にＧＰＳ衛星６から受信する時刻４２の受信タイミングを記述している。又、本図では外部クロック受信機能供給クロック４１の１周期分の時間をＴｓ４５、ＧＰＳ衛星６から受信する一つの時刻情報と次に受信する時刻情報との差分の時間をＴｇ４６とし、外部クロック受信機能供給クロック４１の累積として求められる１秒間と、ＧＰＳ衛星６から受信する時刻４２により供給される１秒間との差分時間をΔＴ４７として表している。本図では、簡単の為、外部クロック受信機能供給クロック４１が１０Ｈｚであるとし、またＧＰＳ衛星６からの時刻受信周期が１秒であるとしている。従って本図の例では、ΔＴ＝１０×Ｔｓ−Ｔｇとなる。外部クロック受信機能供給クロック４１とＧＰＳ衛星６から受信する時刻４２は、１秒あたりΔＴずつ差が開いていく。本図の例においては、ΔＴ４７＝−Ｔｓとなっており、外部クロック受信機能供給クロック４１を元に生成される１秒間は、ＧＰＳ衛星６から受信する時刻４２による１秒間より、−Ｔｓ秒短い。これは、ＧＰＳ衛星６に搭載されている原子時計と、高精度同期原振クロックを構成する原子時計が独立して存在しており、且つ相互に同期を取っていない為に生じる時間差である。前記の図３の説明中の原振間オフセット検出機能２３は、本図（図５）に示す概念により、外部発振器由来の１秒間と、ＧＰＳ衛星６由来の１秒間の差分を検出し、１秒あたり±何ｐｓのずれがあるという形で、ＧＰＳ時刻補正機能１０に対し時間の差分情報を提供する。

尚、本図において説明の為、ＧＰＳ衛星６より時刻情報を受信した時刻ｔ０ ４８を起点として、外部クロック受信機能供給クロック４１の累積の個数情報４３、及び次回のＧＰＳ衛星６から時刻情報を受信した時刻ｔ０＋１ ４９を図示している。本図は簡単の為、ｔ０ ４８において、ＧＰＳ衛星６より時刻情報を受信するタイミングと外部クロック受信機能供給クロック４１の開始点が一致し、且つ次回のＧＰＳ衛星６より時刻情報を受信するタイミングと外部クロック受信機能供給クロック４１の１１番目のクロックの終了点が一致する例を示している。しかし、実際には各クロックの精度は１０^−８以上の精度であり、且つ各々のタイミングが一致することは少ない。この為、実際の原振間オフセット検出機能２３においては、より長い時間観測し、ｔ０ ４８に相当するＧＰＳ衛星６から時刻４２を受信するタイミングと外部クロック受信機能供給クロック４１の開始点が一致するタイミングを検出した後、次にＧＰＳ衛星６から時刻４２を受信するタイミングと外部クロック受信機能供給クロック４１の終了点が一致するタイミング（ｔ０＋１ ４９に相当）を検出するまで、より長い間観測を行い、累積の時間数で差分時間を除算してΔＴを求める方法が考えられる。又、それ以外に原振間オフセット検出機能２３の内部に各タイミングを更に細かく等分する分周機能を搭載し、細かく区切ったタイミングを使用して、より早く各タイミングの一致点を検出する方法をとっても良い。

図６は、本実施の形態の実システムへの適用に際して使用する各種パラメータの一覧、及び計算式の一覧の説明図である。
初期値として与えられるパラメータとしてクロック同期網同期精度５０＝１０^−ｈがあり、外部監視制御装置２０から設定情報記憶機能２８に対して設定されるパラメータとして要求ＧＰＳ時刻同期精度５２＝１０^−ｊがあり、原振間オフセット検出機能２３が検出するパラメータとして原振間オフセット値（原振間の時間の差分情報）５３がある。原振間オフセット値５３については、１秒あたりの時間差をピコ秒（１０^−１２秒）で表したものとし、ｇｆｅｄｃｂａ［ｐｓ］＝ａ×１０^０＋ｂ×１０^１＋ｃ×１０^２＋ｄ×１０^３＋ｅ×１０^４＋ｆ×１０^５＋ｇ×１０^６［ｐｓ］という形式での表現も可能である。以上が計算によるパラメータの算出に必要となるパラメータである。一般にクロック同期網同期精度５０は、非常に高精度であるが、外部クロック受信機能２１が生成するクロックの周波数は、主信号の周波数程度であり、クロック同期網同期精度によりも粗いオーダーになる。例えば、網同期による外部クロック受信機能２１のクロック網同期精度は１０^−１２オーダーであるが、主信号の周波数は１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ程度、即ち１０^−１０オーダーのクロックにより実現されている。

計算値としては、原振間オフセット値の１０^０成分に対する補正タイミング５６、原振間オフセット値の１０^１成分に対する補正タイミング５７、原振間オフセット値の１０^２成分に対する補正タイミング５８、原振間オフセット値の１０^３成分に対する補正タイミング５９、原振間オフセット値の１０^４成分に対する補正タイミング６０、原振間オフセット値の１０^５成分に対する補正タイミング６１、原振間オフセット値の１０^６成分に対する補正タイミング６２、原振間オフセット値の１０^０成分に対する補正量６３、原振間オフセット値の１０^１成分に対する補正量６４、原振間オフセット値の１０^２成分に対する補正量６５、原振間オフセット値の１０^３成分に対する補正量６６、原振間オフセット値の１０^４成分に対する補正量６７、原振間オフセット値の１０^５成分に対する補正量６８、原振間オフセット値の１０^６成分に対する補正量６９があり、各々の計算式は以下の通りとなっている。

原振間オフセット値の１０^０成分に対する補正タイミング５６＝１０^−０×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^１成分に対する補正タイミング５７＝１０^−１×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^２成分に対する補正タイミング５８＝１０^−２×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^３成分に対する補正タイミング５９＝１０^−３×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^４成分に対する補正タイミング６０＝１０^−４×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^５成分に対する補正タイミング６１＝１０^−５×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^６成分に対する補正タイミング６２＝１０^−６×１０^{ｈ−ｊ−１}
原振間オフセット値の１０^０成分に対する補正量６３＝ａ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^１成分に対する補正量６４＝ｂ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^２成分に対する補正量６５＝ｃ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^３成分に対する補正量６６＝ｄ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^４成分に対する補正量６７＝ｅ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^５成分に対する補正量６８＝ｆ×１０^−ｊ−１［秒］
原振間オフセット値の１０^６成分に対する補正量６９＝ｇ×１０^−ｊ−１［秒］

以下に、計算した各パラメータの意味を簡単に説明する。
又、各補正タイミング５６〜６２、補正量６３〜６９は、クロック同期網の同期精度オーダーで主局ＧＰＳエミュレーション時計９を運用する為にＧＰＳ時刻補正機能１０が行う時刻補正のタイミングと、各タイミングによる補正量である。要求される同期精度のオーダーよりも一桁高い精度内に収まる様に時刻のずれを補正することにより、外部クロック受信機能供給クロック４１により自走する主局ＧＰＳエミュレーション時計９をＧＰＳ衛星６が提供する時刻に十分な精度で追従させることが可能となる。又、要求される精度より原振間オフセット値の分解能は高い。この為、要求される精度よりも一桁小さい時間成分のオフセットについては、例えば１秒間に一回補正を行う。又、要求される精度以上の時間成分のオフセットについては、桁数に応じてより細かい周期に等分して補正を行う。一方、要求される精度よりも二桁以上小さい時間成分のオフセットについては、桁数に応じてより長い周期で補正を行う。

尚、主局ＧＰＳエミュレーション時計９を駆動する外部クロック受信機能供給クロック４１の精度は、ＧＰＳ時刻同期精度５２よりも高い。この為、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルによる時刻補正無しで各エミュレーション時計を駆動してもＧＰＳ時刻同期情報５２により要求される同期精度を維持可能であり、最長の時間は１０^{ｈ−ｊ−１}秒である。これはＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能２９において算出を行うものである。

次に、実際のパラメータを仮定し、計算値を導出した場合の例を示す。
先ず、初期値、設定値、及び測定値を以下の通り仮定する。
クロック同期網同期精度５０＝１０^−ｈ＝１０^−１２
ＧＰＳ時刻同期精度５２＝１０^−ｊ＝１０^−８
原振間オフセット値５３＝ｇｆｅｄｃｂａ［ｐｓ／秒］＝ａ×１０^０＋ｂ×１０^１＋ｃ×１０^２＋ｄ×１０^３＋ｅ×１０^４＋ｆ×１０^５＋ｇ×１０^６＝１５２２［ｐｓ／秒］＝２×１０^０＋２×１０^１＋５×１０^２＋１×１０^３＋０×１０^４＋０×１０^５＋０×１０^６
全ての基地局がＧＰＳ衛星６から時刻情報を受信した場合の時刻同期精度に対する要求は１０^−８オーダーであり、ＧＰＳ時刻同期精度５２に対する要求も１０^−８としている。
以上より、各源信間オフセットの成分に対する補正タイミングと補正量は以下の通りとなる。

１０^０成分
補正タイミング５６＝１０^−０×１０^{１２−ｊ−１}＝１０^{１２−８−１}＝１０^３秒周期
補正量６３＝ａ×１０^−ｊ−１＝２×１０^−８−１＝２×１０^−９秒
１０^１成分
補正タイミング５７＝１０^−１×１０^{１２−ｊ−１}＝１０^−１×１０^{１２−８−１}＝１０^２秒周期
補正量６４＝ｂ×１０^−ｊ−１＝２×１０^−８−１＝２×１０^−９秒
１０^２成分
補正タイミング５８＝１０^−２×１０^{１２−ｊ−１}＝１０^−２×１０^{１２−８−１}＝１０秒周期
補正量６５＝ｃ×１０^−ｊ−１＝５×１０^−８−１＝５×１０^−９秒
１０^３成分
補正タイミング５９＝１０^−３×１０^{１２−ｊ−１}＝１０^−３×１０^{１２−８−１}＝１秒周期
補正量６６＝ｃ×１０^−ｊ−１＝１×１０^−８−１＝１×１０^−９秒
尚、本例ではその他成分に対する補正量は０であり、補正不要である。

以上より、ＧＰＳ時刻補正機能１０は、１秒周期で＋１×１０^−９秒の補正を行い、１０秒周期で＋６×１０^−９ （＝（１＋５）×１０^−９） 秒の補正を行い、１００秒周期で＋８×１０^−９ （＝（１＋５＋２）×１０^−９） 秒の補正を行い、１０００秒周期で＋１０×１０^−９ （＝（１＋５＋２＋２）×１０^−９） 秒の補正を行う。又、ＩＥＥＥ１５８８マスター機能は最長１０００秒（＝１０^３秒）周期でＩＥＥＥ１５８８時刻補正メッセージを発行することにより、次段のパケット伝送装置においてもＧＰＳ衛星６より受信した時刻の同期を１０^−８オーダーの精度で維持することが可能となる。通常ＩＥＥＥ１５８８においては、１秒オーダーの周期で時刻補正を行う必要があるが、本実施の形態によれば、この間隔を１０００倍に拡張することが可能となり、ネットワークの負荷を大幅に軽減出来る。

図７はＧＰＳ時刻補正機能１０における主局ＧＰＳエミュレーション時計９に対する時刻補正量を決定する処理フローチャートである。本処理は、主局設置のパケット伝送装置１内のＧＰＳ時刻補正機能１０における時刻補正量を決定する為の処理フローである。図６に示した様に、原振間オフセットの各成分に応じ、補正タイミング、及び補正量が異なる。この為、周期的に発生する補正タイミングが原振間オフセットの各成分のうち、どの部分に対応するかを判定する判定処理９１〜９６、各補正周期に対応した補正量決定処理９７〜１０３、時刻補正処理１０４により構成する。本実施の形態では、最小１０^−６×１０^{１２−ｊ−１}周期で補正を行うものとしている。従って、本処理は１０^−６×１０^{１２−ｊ−１}周期で起動される。本処理が起動されると、最初に判定処理９１で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^６［ｐｓ］成分に対するものであるかを判定する。１０^６［ｐｓ］成分に対するタイミングである場合には、補正量決定処理９８により、時刻補正量をｇ×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^６［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、判定処理９２で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^５［ｐｓ］成分に対応するものであるかを判定する。１０^５［ｐｓ］成分に対応するタイミングである場合には、補正量決定処理９９により、時刻補正量を（ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^５［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、判定処理９３で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^４［ｐｓ］成分に対応するものであるかを判定する。１０^４［ｐｓ］成分に対応するタイミングである場合には、補正量決定処理１００により、時刻補正量を（ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^４［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、判定処理９４で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^３［ｐｓ］成分に対応するものであるかを判定する。１０^３［ｐｓ］成分に対応するタイミングである場合には、補正量決定処理１０１により、時刻補正量を（ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^３［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、判定処理９５で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^２［ｐｓ］成分に対応するものであるかを判定する。１０^２［ｐｓ］成分に対応するタイミングである場合には、補正量決定処理１０２により、時刻補正量を（ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^２［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、判定処理９６で、補正タイミングが原振間オフセット値の１０^１［ｐｓ］成分に対応するものであるかを判定する。１０^１［ｐｓ］成分に対応するタイミングである場合には、補正量決定処理１０３により、時刻補正量を（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。１０^１［ｐｓ］成分に対するタイミングでなかった場合には、補正量決定処理９７により、時刻補正量を（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１秒として時刻補正処理１０４を行い、処理を終了する。

図8は、ＧＰＳエミュレーション時刻のＧＰＳ時刻への追従状況の概念図である。
本図においては、横軸を時刻、縦軸を網同期クロック由来の時間としている。又、ＧＰＳ時刻１０５と網同期クロックに生成した時刻１０６、及びＧＰＳエミュレーション時刻１０７のグラフである。又、本図中にはＧＰＳ時刻１０５を中心として、要求ＧＰＳ時刻同期精度（＝１０^−ｊ）を実現する上で許容される差分範囲１０８の部分をＧＰＳ時刻１０５のグラフと並行する直線として図示している。本図より分かる通り、ＧＰＳエミュレーション時刻１０７が、要求ＧＰＳ時刻同期精度を実現する上で許容される差分範囲１０８の線を越えないように補正を行っている。
本図の例においては、ＧＰＳ時刻１０５の方が網同期クロックにより生成した時刻１０６のグラフよりも右側にあり、時刻が早く進んでいる。ＧＰＳエミュレーション時刻１０７に対し、図7の説明で記述した処理が、最小補正時間１０^−６×１０^{１２−８−１}［秒］１０９周期で起動し、原振間オフセットのどの成分に対応する周期であるか判定し、各成分に対応する補正量を決定し、時刻補正を行う。本図の例では、１０^−６成分に対応する補正時刻＋ｇ×１０^−８−１［秒］１１０を６回、１０^−５成分に対応する補正時刻＋（ｆ＋ｇ）×１０^−８−１［秒］１１１を２回、１０^−０成分に対応する補正時刻＋（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−８−１［秒］１１２を１回実行している。以上により、ＧＰＳエミュレーション時刻１０７を要求ＧＰＳ時刻同期精度（＝１０^−ｊ）を実現する上で許容される差分範囲１０８内で、ＧＰＳ時刻１０５に追従させる。

図６、図７、図８では主局設置のパケット伝送装置１における各種パラメータの計算規則、時刻補正量の決定処理フロー、時刻補正処理の実際の動作の説明を行ったが、従局設置のパケット伝送装置２についても同様の考え方で計算を行い、動作する。これにより、本実施の形態におけるクロック同期及び時刻同期網内において、主局よりＩＥＥＥ１５８８により配信されるＧＰＳ時刻を末端の基地局装置４においても、又基地局装置４と直接ＧＰＳ衛星６より時刻を受信する基地局装置３においても、システム上必要とされる１０^−８オーダーの精度で同期することが可能となる。

なお、補正タイミング及び補正量について一般的に示すと次のように表すことができる。
前記差分情報＝ａ_０×１０^０＋ａ_１×１０^１＋・・・＋ａ_ｎ×１０^ｎ ［１０^−ｈ］、
クロック同期網同期精度＝１０^−ｈ、
要求される同期精度＝１０^−ｊ、
のとき、
１０^ｎ［１０^−ｈ 秒］成分に対する補正タイミングは、１０^−ｎ×１０^{ｈ−ｊ−１}、
補正量は、ａ_ｎ×１０^−ｊ−１、
である。

本発明は、ＩＥＥＥ１５８８以外にも、様々な時刻同期プロトコルに適用することができる。また、本発明は、ＧＰＳ以外の時刻源を用いたシステム、又は、高精度網同期原振クロック５に相当する他の高精度の原振クロックを用いたシステム等に適用することができる。

１ 主局設置のパケット伝送装置
２ 従局設置のパケット伝送装置
３、４ 基地局装置
５ 外部クロック
６ ＧＰＳ衛星
８ 自走ＧＰＳ時計機能
９ 主局ＧＰＳエミュレーション時計
１０ ＧＰＳ時刻補正機能
１１、１８ ＩＥＥＥ１５８８マスター機能
１２、１９ クロック同期パケット符号送受信機能
１３ ＧＰＳアンテナ
１４ 従局クロック生成機能
１５ 自走ＩＥＥＥ１５８８時計機能
１６ 従局ＩＥＥＥ１５８８エミュレーション時計
１７ ＩＥＥＥ１５８８時刻補正機能
２０ 外部監視制御装置
２１ 外部クロック受信機能
２３ 原振間オフセット検出機能
２５ ＧＰＳ時刻受信機能
２８、３８ 設定情報記憶機能
２９、３９ ＩＥＥＥ１５８８時刻補正間隔算出機能
３０、４０ ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ送受信機能
３１ 主信号クロック抽出機能
３３ クロック源間オフセット検出機能
３５ ＩＥＥＥ１５８８スレーブ機能
４１ 外部クロック受信機能供給クロック
４２ ＧＰＳ衛星６から受信する時刻
４３ 外部クロック受信機能供給クロックのカウント値
４５ 外部クロック受信機能供給クロックの１周期分時間
４６ ＧＰＳ衛星６からの時刻受信間隔
４７ １秒間あたりの外部クロック受信機能供給クロック由来の時間とＧＰＳ衛星６由来の時間の差分
４８ 初回外部クロック受信機能供給クロックおよびＧＰＳ衛星６からの時刻情報受信タイミング一致時刻
４９ 次回外部クロック受信機能供給クロックおよびＧＰＳ衛星６からの時刻情報受信タイミング一致時刻
５０ クロック同期網同期精度
５２ 要求ＧＰＳ時刻同期精度
５３ 原振間オフセット値
５６〜６２ 原振間オフセット値の各成分に対する補正タイミング
６３〜６９ 原振間オフセット値の各成分に対する補正量
７１ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
７２ ＩＥＥＥ１５８８時刻同期メッセージ
７３ ＧＰＳ信号
９１〜９６ 判定処理
９７〜１０３ 補正量決定処理
１０４ 時刻補正処理
１０５ ＧＰＳ時刻
１０６ 網同期クロックにより生成した時刻
１０７ ＧＰＳエミュレーション時刻
１０８ 要求ＧＰＳ時刻同期精度（＝１０^−ｊ）を実現する上で許容される差分範囲
１０９ 最小補正時間１０^−６×１０^{１２−８−１}［秒］
１１０ 補正時刻 ＋ｇ×１０^−ｊ−１［秒］
１１１ 補正時刻 ＋（ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１［秒］
１１２ 補正時刻 ＋（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ）×１０^−ｊ−１［秒］

Claims (11)

1. 複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網において、
   前記時刻同期網の最上位の通信装置は、
   時刻源となる時計から時刻情報を受信する時刻受信機能と、
   前記時刻源となる時計と非同期で前記時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号を受信し、該外部参照クロック信号に同期するクロック信号を生成する外部クロック受信機能と、
   前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、外部発振器由来の時間を算出し、前記時刻源となる時計から受信した時刻を元に前記時刻源由来の時間を算出し、前記外部発振器由来の時間と前記時刻源由来の時間との比較から、前記時刻源による原振と前記外部発振器による原振の二つの原振間の時間の差分情報を検出する原振間オフセット検出機能と、
   前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記原振間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルによる時刻同期より高精度で前記時刻源となる時計に同期する主局エミュレーション時計と、
   前記主局エミュレーション時計からの時刻情報を元に、前記時刻同期プロトコルに従い時刻同期メッセージを生成するマスター機能と、
   前記時刻同期メッセージを、前記外部クロック受信機能より供給されるクロック信号に同期するタイミングで生成される伝送符号により、下位の通信装置へ送出する機能と
   を備え、
   
   前記時刻同期網の最上位以外の通信装置は、
   前記時刻同期メッセージを上位の通信装置から受信し、
   前記上位の通信装置と接続された伝送路の信号の伝送符号よりクロック成分を抽出し、最上位の通信装置のクロックに前記時刻源より高精度に同期するクロック信号を生成する主信号クロック抽出機能と、
   前記時刻同期プロトコルにより配信された時刻同期メッセージから時刻情報を抽出する前記時刻同期プロトコルにおけるスレーブ機能と、
   前記主信号クロック抽出機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、主信号クロック由来の時間を算出し、前記スレーブ機能が受信した時刻より時刻同期プロトコル由来の時間を算出し、前記主信号クロック由来の時間と前記時刻同期プロトコル由来の時間との比較から、二つのクロック源間の時間の差分情報を検出するクロック源間オフセット検出機能と、
   前記主信号クロック抽出機能により生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記クロック源間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルより高精度で前記スレーブ機能の時刻、前記主局エミュレーション時計の時刻、及び前記時刻源となる時計の時刻に同期する従局エミュレーション時計と、
   を備えた
   前記時刻同期網。
   
2. 複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網における最上位の通信装置であって、
   時刻源となる時計から時刻情報を受信する時刻受信機能と、
   前記時刻源となる時計と非同期で前記時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号を受信し、該外部参照クロック信号に同期するクロック信号を生成する外部クロック受信機能と、
   前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、外部発振器由来の時間を算出し、前記時刻源となる時計から受信した時刻を元に前記時刻源由来の時間を算出し、前記外部発振器由来の時間と前記時刻源由来の時間との比較から、前記時刻源による原振と前記外部発振器による原振の二つの原振間の時間の差分情報を検出する原振間オフセット検出機能と、
   前記外部クロック受信機能が生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記原振間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルによる時刻同期より高精度で前記時刻源となる時計に同期する主局エミュレーション時計と、
   前記主局エミュレーション時計からの時刻情報を元に、前記時刻同期プロトコルに従い時刻同期メッセージを生成するマスター機能と、
   前記時刻同期メッセージを、前記外部クロック受信機能より供給されるクロック信号に同期するタイミングで生成される伝送符号により、下位の通信装置へ送出する機能と
   を備えた前記通信装置。
   
3. 複数の通信装置が階層構造を有し、時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置間において時刻同期を行うための時刻同期網における最上位以外の通信装置であって、
   上位の通信装置のエミュレーション時計からの時刻情報を元に時刻同期プロトコルに従い生成され、且つ、時刻源より高精度な外部発振器からの外部参照クロック信号と同期するタイミングで生成される伝送符号により送出された時刻同期メッセージを上位の通信装置から受信し、
   前記上位の通信装置と接続された伝送路の信号の伝送符号よりクロック成分を抽出し、最上位の通信装置のクロックに前記時刻源より高精度に同期するクロック信号を生成する主信号クロック抽出機能と、
   前記時刻同期プロトコルにより配信された時刻同期メッセージから時刻情報を抽出する前記時刻同期プロトコルにおけるスレーブ機能と、
   前記主信号クロック抽出機能が生成したクロック信号周期の計数を元に、主信号クロック由来の時間を算出し、前記スレーブ機能が受信した時刻より時刻同期プロトコル由来の時間を算出し、前記主信号クロック由来の時間と前記時刻同期プロトコル由来の時間との比較から、二つのクロック源間の時間の差分情報を検出するクロック源間オフセット検出機能と、
   前記主信号クロック抽出機能により生成したクロック信号を元に駆動するとともに、前記クロック源間オフセット検出機能により検出された時間の差分情報に基づき時刻を補正することにより、前記時刻同期プロトコルより高精度で前記スレーブ機能の時刻、前記主局エミュレーション時計の時刻、及び前記時刻源となる時計の時刻に同期する従局エミュレーション時計と、
   を備えた前記通信装置。
   
4. 前記最上位以外の通信装置は、さらに、
   上位の通信装置からの前記時刻同期プロトコルのメッセージを終端するとともに、前記従局エミュレーション時計からの時刻情報を元に、前記時刻同期プロトコルに従い時刻同期メッセージを生成するマスター機能と、
   前記時刻同期メッセージを前記主信号クロック抽出部より供給されるクロック信号に同期したタイミングで生成される伝送符号により、下位の通信装置へ送出する機能と、
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項３に記載された通信装置。
   
5. 下位の通信装置に接続され、前記時刻同期メッセージを受信するひとつ又は複数の基地局
   をさらに備え、
   前記時刻同期プロトコルによりネットワーク経由で配信される時刻情報により複数の前記通信装置及びひとつ又は複数の基地局間において時刻同期を行うことを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網。
   
6. 前記外部発振器からの外部クロックによるクロック同期網同期精度及び要求される同期精度に従い、前記原振間オフセット検出機能により検出された原振間の時間の差分情報から、要求される時刻同期精度を満足する為に必要となる前記時刻同期プロトコルによる補正タイミング及び補正量を導出するための主局時刻補正機能を備え、
   前記主局エミュレーション時計は、前記主局時刻補正機能により導出された前記補正タイミング及び補正量で時刻を補正することを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項２に記載された通信装置。
   
7. 前記外部発振器からの外部クロックによるクロック同期網同期精度及び要求される同期精度に従い、前記クロック源間オフセット検出機能により検出された二つのクロック源間の時間の差分情報から、要求される時刻同期精度を満足する為に必要となる前記時刻同期プロトコルによる補正タイミング及び補正量を導出するための従局時刻補正機能を備え、
   前記従局エミュレーション時計は、前記従局時刻補正機能により導出された前記補正タイミング及び補正量で時刻を補正することを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項３に記載された通信装置。
   
8. 前記差分情報＝ａ_０×１０^０＋ａ_１×１０^１＋・・・＋ａ_ｎ×１０^ｎ ［１０^−ｈ］、
   クロック同期網同期精度＝１０^−ｈ、
   要求される同期精度＝１０^−ｊ、のとき、
   １０^ｎ ［１０^−ｈ 秒］成分に対する補正タイミングは、１０^−ｎ×１０^{ｈ−ｊ−１}、
   補正量は、ａ_ｎ×１０^−ｊ−１であることを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項２若しくは３に記載された通信装置。
   
9. 前記時刻源は、時刻配信機能を有するＧＰＳ衛星に含まれ、時刻情報がＧＰＳ信号により周期的に供給されることを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項２若しくは３に記載された通信装置。
   
10. 前記時刻同期プロトコルは、マスター側からスレーブ側へ時刻情報を伝達し、且つマスターとスレーブ間の伝搬遅延時間を計測する手段を有し、計測した伝搬遅延時間に基いた補正量を加味しつつ時刻同期を行うことを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項２若しくは３に記載された通信装置。
    
11. 前記通信装置は、
    与えられたクロック網の段数情報及び／又は網同期クロックの同期精度要求情報から、基地局間で要求される時刻同期精度を満足する為に必要となる前記時刻同期プロトコルによる時刻補正間隔の導出手段を具備し、
    前記時刻補正間隔の導出手段により決定した時刻補正間隔で前記時刻同期プロトコルによる時刻同期メッセージを発行することにより、通常前記時刻同期プロトコルで規定される時刻補正間隔よりも長い周期で時刻補正を行うことを特徴とする、請求項１に記載された時刻同期網、又は、請求項２若しくは３に記載された通信装置。
    

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