JP6457340B2 - 推定装置、システム、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、推定装置、システム、方法及びプログラムに関する。

従来から、複数のノードとノード間を接続する複数のパスとで構成されるネットワーク構成において、各ノードの品質を示す情報に基づいて複数の経路それぞれのコストを算出し、算出したコストに基づいて通信経路を決定する技術が知られている。

特開２０１３−１７５９１３号公報

しかしながら、上述したような従来技術は、現状のネットワーク構成における最適な通信経路を決定するものに過ぎず、上述したようなネットワーク構成において、マスターノードと１以上のスレーブノードとの間で中継ノードを介して時刻同期を行う場合に、時刻同期の精度低下要因となる中継ノードを推定することはできない。

本発明が解決しようとする課題は、時刻同期の精度低下要因となる中継ノードを推定することができる推定装置、システム、方法及びプログラムを提供することである。

実施形態の推定装置は、第１取得部と、第２取得部と、第３取得部と、第４取得部と、推定部と、を備える。第１取得部は、時刻の同期元となるマスターノード、時刻の同期先となる１以上のスレーブノード、及び複数の中継ノードを含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されるネットワーク構成において、前記スレーブノード毎に、前記複数の中継ノードの少なくともいずれかを介して前記マスターノードと通信される時刻同期用の同期メッセージに関する同期情報を取得する。第２取得部は、前記パス毎に、当該パスの帯域幅に関する帯域情報を取得する。第３取得部は、前記パス毎に、当該パスのトラヒック量に関するトラヒック情報を取得する。第４取得部は、前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスに関するパス情報を取得する。推定部は、前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記複数の中継ノードの中から、前記マスターノード及び前記１以上のスレーブノード間の時刻同期の精度低下要因となる所定中継ノードを推定する。

第１実施形態のネットワーク構成例を示す図。 第１実施形態の推定装置の構成例を示す図。 第１実施形態の出力画面例を示す図。 第１実施形態の出力画面例を示す図。 第１実施形態の処理例を示すフローチャート。 第２実施形態のネットワーク構成例を示す図。 第２実施形態の推定装置の構成例を示す図。 第２実施形態の処理例を示すフローチャート。 各実施形態の推定装置のハードウェア構成例を示す図。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のネットワーク構成１の一例を示す図である。図１に示すように、ネットワーク構成１は、時刻の同期元となるマスター装置１０（マスターノードの一例）、時刻の同期先となるスレーブ装置２０−１〜２０−３（１以上のスレーブノードの一例）、及びネットワーク装置３０−１〜３０−１０（複数の中継ノードの一例）を含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されている。

以下の説明では、スレーブ装置２０−１〜２０−３を各々区別する必要がない場合は、単にスレーブ装置２０と称する場合があり、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０を各々区別する必要がない場合は、単にネットワーク装置３０と称する場合がある。また、図１に示す例では、マスター装置１０の台数が１台、スレーブ装置２０の台数が３台、ネットワーク装置３０の台数が１０台である場合を例示しているが、各装置の台数はこれに限定されるものではない。また、ネットワーク構成１は、マスター装置１０、スレーブ装置２０、及びネットワーク装置３０以外の装置を含んでいてもよい。

マスター装置１０は、時刻同期用の基準時刻を計時するサーバ装置などのコンピュータである。スレーブ装置２０は、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０の少なくともいずれかのネットワーク装置３０を介してマスター装置１０との間で時刻同期用の同期メッセージを通信（送受信）することで、サーバ装置２０により計時された基準時刻を取得し、取得した基準時刻を用いて、自身の時刻を同期する。スレーブ装置２０は、例えば、産業用機器などが挙げられるが、これに限定されるものではない。ネットワーク装置３０は、通信を中継するものであり、例えば、スイッチ装置などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

図２は、第１実施形態の推定装置１００の構成の一例を示す図である。図２に示すように、推定装置１００は、入力部１０１と、第１取得部１０３と、第２取得部１０５と、第３取得部１０７と、第４取得部１０９と、推定部１１１と、出力部１１７と、を備える。推定部１１１は、第１算出部１１３及び第２算出部１１５を含む。

入力部１０１は、例えば、マウス、キーボード、及びタッチパネルなどの入力装置により実現できる。なお、入力部１０１は、推定装置１００に内蔵されていてもよいし、外付けされていてもよい。第１取得部１０３、第２取得部１０５、第３取得部１０７、第４取得部１０９、推定部１１１、及び出力部１１７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置にプログラムを実行させること、即ち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Integrated Circuit）などのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

第１実施形態では、推定装置１００は、ネットワーク構成１に接続されておらず、ネットワーク管理者が入力部１０１を用いて入力したネットワーク構成１に関する各種情報を用いて、時刻同期の精度低下要因となるネットワーク装置３０を推定する。

入力部１０１は、ネットワーク管理者の操作に基づいて、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、複数のパスそれぞれの帯域情報、複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及びネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報を入力する。

同期情報は、スレーブ装置２０が通信する同期メッセージに関する情報であり、第１実施形態では、同期メッセージを識別するメッセージＩＤ（メッセージ識別情報の一例）と、当該同期メッセージの経路を構成する１以上のパスそれぞれを識別するパスＩＤ（パス識別情報の一例）と、当該同期メッセージの送信周期を示す周期情報と、を含む。パスＩＤは、ネットワーク装置の複数ある入力と複数ある出力の、入出力パスを識別する。

なお、ネットワーク管理者は、ネットワーク構成１の設計情報、及びスレーブ装置２０とマスター装置１０との通信シーケンスの設計情報から、同期メッセージの経路を特定でき、スレーブ装置２０の設定値（詳細には、スレーブ装置２０にインストールされた時刻同期アプリケーションの設定値）から、同期メッセージの送信周期を特定できる。

帯域情報は、パスの帯域幅に関する情報であり、第１実施形態では、パスを識別するパスＩＤと、当該パスの帯域幅を示す帯域幅情報と、を含む。なお、ネットワーク管理者は、ネットワーク構成１の設計情報から、帯域幅情報を特定できる。

トラヒック情報は、パスのトラヒック量に関する情報であり、第１実施形態では、パスを識別するパスＩＤと、当該パスのトラヒック量を示すトラヒック量情報と、を含む。なお、ネットワーク管理者は、ネットワーク構成１の設計情報、マスター装置１０やスレーブ装置２０などネットワーク装置３０を介した通信を行う端末（マスター装置１０及びスレーブ装置２０以外の図１では図示していない端末を含んでもよい）の通信シーケンスの設計情報、及び当該通信シーケンスによる通信のビットレートから、トラヒック情報を特定できる。

パス情報は、ネットワーク装置３０上の１以上のパスに関する情報であり、第１実施形態では、ネットワーク装置３０を識別するネットワーク装置ＩＤ（中継ノード識別情報の一例）と、当該ネットワーク装置３０上の１以上のパスそれぞれのパスＩＤと、を含む。なお、ネットワーク管理者は、ネットワーク構成１の設計情報から、パス情報を特定できる。

第１取得部１０３は、入力部１０１からスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報を取得する。第２取得部１０５は、入力部１０１から複数のパスそれぞれの帯域情報を取得する。第３取得部１０７は、入力部１０１から複数のパスそれぞれのトラヒック情報を取得する。第４取得部１０９は、入力部１０１からネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報を取得する。

推定部１１１は、第１取得部１０３により取得されたスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、第２取得部１０５により取得された複数のパスそれぞれの帯域情報、第３取得部１０７により取得された複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及び第４取得部１０９により取得されたネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報に基づいて、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０の中から、マスター装置１０及びスレーブ装置２０−１〜２０−３間の時刻同期の精度低下要因となる所定ネットワーク装置（所定中継ノードの一例）を推定する。

具体的には、推定部１１１は、第１取得部１０３により取得されたスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、第２取得部１０５により取得された複数のパスそれぞれの帯域情報、第３取得部１０７により取得された複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及び第４取得部１０９により取得されたネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報に基づいて、ネットワーク装置３０毎に、スレーブ装置２０−１〜２０−３に対する当該ネットワーク装置３０の同期阻害度である第１同期阻害度を算出する。

第１同期阻害度は、スレーブ装置２０−１〜２０−３がマスター装置１０との間で行う同期メッセージの通信における通信遅延の変動に、ネットワーク装置３０が影響を及ぼす度合いを表す。第１実施形態では、第１同期阻害度の値が大きいほど、通信遅延の変動が大きくなり、時刻同期の精度低下要因となる。

そして推定部１１１は、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれの第１同期阻害度に基づいて、所定ネットワーク装置を推定する。

以下、推定部１１１が含む第１算出部１１３及び第２算出部１１５を用いて、所定ネットワーク装置の推定の具体例を説明する。

第１算出部１１３は、第２取得部１０５により取得された複数のパスそれぞれの帯域情報、及び第３取得部１０７により取得された複数のパスそれぞれのトラヒック情報に基づいて、パス毎の帯域使用率を算出する。例えば、第１算出部１１３は、数式（１）を用いて、パス毎の帯域使用率を算出する。

帯域使用率_ｉ＝パス_ｉのトラヒック量（ｂｐｓ）／パス_ｉの帯域幅（ｂｐｓ） …（１）

ここで、ｉは、パスＩＤを示す。

第２算出部１１５は、第１算出部１１３により算出されたパス毎の帯域使用率及び第１取得部１０３により取得されたスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報に基づいて、パス及びスレーブ装置２０の組毎に、当該スレーブ装置２０に対する当該パスの同期阻害度である第２同期阻害度を算出する。

なお、第２同期阻害度は、スレーブ装置２０の同期メッセージがパスを使用する分の帯域使用率であり、スレーブ装置２０がマスター装置１０との間で行う同期メッセージの通信における通信遅延の変動に、パスが影響を及ぼす度合いを表す。

例えば、第２算出部１１５は、数式（２）を用いて、第２同期阻害度を算出する。

第２同期阻害度_ｉ，ｊ＝帯域使用率_ｉ×パス_ｉ上の同期メッセージ_ｊ数／同期メッセージ送信周期_ｊ …（２）

ここで、ｊは、スレーブ装置２０のＩＤを示す。パス_ｉ上の同期メッセージ_ｊ数は、スレーブ装置２０_ｊの同期情報に含まれるパス_ｉを示すパスＩＤの数である。

次に、第２算出部１１５は、スレーブ装置２０毎に、複数のパスそれぞれの第２同期阻害度を合算して第３同期阻害度を算出する。なお、第３同期阻害度は、スレーブ装置２０がマスター装置１０との間で行う同期メッセージの通信における通信遅延の変動に、複数のパス全体で影響を及ぼす度合いを表す。例えば、第２算出部１１５は、数式（３）を用いて、第３同期阻害度を算出する。

ここで、Ｎは、パスの総数を示す。

次に、第２算出部１１５は、パス毎に、スレーブ装置２０−１〜２０−３の第３同期阻害度のうち値が最大の第３同期阻害度から、スレーブ装置２０毎の、第３同期阻害度と当該パスの第２同期阻害度との差分値のうち値が最大の差分値を差し引いた第４同期阻害度を算出する。

なお、第４同期阻害度は、スレーブ装置２０−１〜２０−３に対する当該パスの同期阻害度であり、スレーブ装置２０−１〜２０−３がマスター装置１０との間で行う同期メッセージの通信における通信遅延の変動に、パスが影響を及ぼす度合いを表す。

例えば、第２算出部１１５は、数式（４）を用いて、第４同期阻害度を算出する。

ここで、同期Ｇｒは、マスター装置１０と時刻を同期するスレーブ装置２０のグループであり、第１実施形態では、スレーブ装置２０−１〜２０−３を示す。但し、例えば、マスター装置１０と時刻を同期するスレーブ装置２０がスレーブ装置２０−１、２０−２の場合、同期Ｇｒは、スレーブ装置２０−１、２０−２を示す。なお、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの、第３同期阻害度_ｊと第２同期阻害度_ｉ，ｊとの差分値のうち、値が最大の差分値は、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの、パス_ｉを消去した第３同期阻害度_ｊのうちの最大値となる。この最大値を、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの第３同期阻害度_ｊのうちの値が最大の第３同期阻害度_ｊから差し引いた値が、スレーブ装置２０−１〜２０−３に対するパス_ｉの第４同期阻害度となる。

次に、第２算出部１１５は、第４取得部１０９により取得されたネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報に基づいて、ネットワーク装置３０毎に、当該ネットワーク装置３０上の１以上のパスそれぞれの第４同期阻害度を合算して、第１同期阻害度を算出する。例えば、第２算出部１１５は、数式（５）を用いて、第１同期阻害度を算出する。

ここで、ｎは、ネットワーク装置３０のネットワーク装置ＩＤを示し、ｉは、ネットワーク装置３０_ｎ上の１以上のパスそれぞれのパスＩＤを示す。

そして推定部１１１は、前述のように、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれの第１同期阻害度に基づいて、所定ネットワーク装置を推定する。

例えば、推定部１１１は、ネットワーク装置３０毎に、当該ネットワーク装置３０を複数の水準のうち当該ネットワーク装置３０の第１同期阻害度の値に応じた水準に分類し、所定水準に分類された１以上のネットワーク装置３０を所定ネットワーク装置に推定する。所定水準は、例えば、複数の水準のうち他の水準に分類された１以上のネットワーク装置３０よりも第１同期阻害度の値が大きい１以上のネットワーク装置３０が分類される水準である。

例えば、複数の水準が水準１〜水準３であり、推定部１１１は、第１同期阻害度が第１閾値以上のネットワーク装置３０を水準１に分類し、第１同期阻害度が第１閾値未満かつ第２閾値（第１閾値＞第２閾値）以上のネットワーク装置３０を水準２に分類し、第１同期阻害度が第２閾値未満のネットワーク装置３０を水準３に分類するとする。この場合、推定部１１１は、水準１に分類した１以上のネットワーク装置３０を所定ネットワーク装置に推定する。

また例えば、推定部１１１は、ネットワーク装置３０毎に、第１同期阻害度が閾値以上か否かを判定し、閾値以上の場合、当該ネットワーク装置３０を所定ネットワーク装置に推定してもよい。

また例えば、推定部１１１は、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれの第１同期阻害度に基づいて、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０を順位付けし、順位に基づいて、所定中継ノードを推定してもよい。この場合、推定部１１１は、例えば、順位が上位ｍ（ｍは自然数）番までのネットワーク装置３０を所定ネットワーク装置に推定する。

出力部１１７は、推定部１１１の推定結果を出力する。第１実施形態では、出力部１１７は、ネットワーク構成１を示すネットワーク構成図に、推定部１１１の推定結果を反映させて、図示せぬディスプレイなどに表示出力するが、これに限定されるものではない。

図３及び図４は、第１実施形態の出力画面の一例を示す図である。図３は、推定部１１１が、ネットワーク装置３０を第１同期阻害度の値に応じた水準に分類して所定ネットワーク装置を推定する場合の出力画面例であり、図４は、推定部１１１が、第１同期阻害度が閾値よりも大きいか否かでネットワーク装置３０を所定ネットワーク装置に推定する場合の出力画面例である。図３及び図４のいずれの出力画面例においても、ネットワーク構成１を示すネットワーク構成図に、推定部１１１の推定結果が反映されている。

図３に示す例では、ネットワーク装置３０−１及び３０−１０が、阻害率（第１同期阻害度）の高い水準１に分類され、ネットワーク装置３０−２及び３０−４〜３０−７が、阻害率が中位の水準２に分類され、ネットワーク装置３０−３、３０−８及び３０−９が、阻害率の低い水準３に分類されており、水準１に分類されたネットワーク装置３０−１及び３０−１０が所定ネットワーク装置に推定されている。

図４に示す例では、ネットワーク装置３０−１及び３０−１０が、第１同期阻害度が閾値以上のため、所定ネットワーク装置に推定されて、交換が促され、ネットワーク装置３０−２〜３０−９が、第１同期阻害度が閾値未満のため、所定ネットワーク装置に推定されず、交換が促されていない。所定ネットワーク装置は、第１同期阻害度が高く、スレーブ装置２０−１〜２０−３がマスター装置１０との間で行う同期メッセージの通信における通信遅延の変動を大きくする要因となっているため、図４に示す例では、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量を通知可能な特殊なネットワーク装置への交換が促されている。

なお、推定部１１１が、第１同期阻害度に基づいて、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０を順位付けして、所定中継ノードを推定している場合には、出力部１１７は、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０のリストを順位に従ってソートし、所定ネットワーク装置を識別可能に出力してもよい。

図５は、第１実施形態の推定装置１００で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図５に示す例では、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０のネットワークＩＤは、それぞれ、１〜１０で表されるものとするが、これに限定されるものではない。

まず、第１取得部１０３は、入力部１０１からスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報を取得し、第２取得部１０５は、入力部１０１から複数のパスそれぞれの帯域情報を取得し、第３取得部１０７は、入力部１０１から複数のパスそれぞれのトラヒック情報を取得し、第４取得部１０９は、入力部１０１からネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報を取得する（ステップＳ１０１）。

続いて、第１算出部１１３は、第２取得部１０５により取得された複数のパスそれぞれの帯域情報、及び第３取得部１０７により取得された複数のパスそれぞれのトラヒック情報に基づいて、パス毎の帯域使用率を算出する（ステップＳ１０３）。

続いて、第２算出部１１５は、ネットワークＩＤを示す変数ｎを０に初期化し（ステップＳ１０５）、１を加算する（ステップＳ１０７）。

続いて、第２算出部１１５は、第１算出部１１３により算出されたパス毎の帯域使用率、第１取得部１０３により取得されたスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、及び第４取得部１０９により取得されたネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれのパス情報に基づいて、スレーブ装置２０−１〜２０−３を示す同期グループに対するネットワークＩＤがｎであるネットワーク装置３０_ｎの第１同期阻害度を算出する（ステップＳ１０９）。

そして、第２算出部１１５は、変数ｎの値がネットワーク装置３０の総数以上になるまで（ステップＳ１１１でＮｏ）、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理を繰り返す。

続いて、推定部１１１は、変数ｎの値がネットワーク装置３０の総数以上になると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０それぞれの第１同期阻害度に基づいて、ネットワーク装置３０−１〜３０−１０の中から、所定ネットワーク装置を推定する（ステップＳ１１３）。

続いて、出力部１１７は、推定部１１１の推定結果を出力する（ステップＳ１１５）。

以上のように第１実施形態によれば、１以上のスレーブ装置２０が、複数のネットワーク装置３０の少なくともいずれかを介してマスター装置１０との間で時刻同期用の同期メッセージを通信して、時刻を同期する場合に、複数のネットワーク装置３０の中から、通信遅延の変動が大きくなり、時刻同期の精度低下要因となるネットワーク装置３０を推定できる。

このように第１実施形態によれば、時刻同期の精度低下要因となるネットワーク装置３０を推定できるので、推定したネットワーク装置３０を、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量を通知可能な特殊なネットワーク装置へ交換することもできる。

このように通信遅延の変動量が大きくなる箇所のネットワーク装置３０に、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量を通知可能な特殊なネットワーク装置を用いるようにすれば、スレーブ装置２０は、マスター装置１０との間で時刻同期用の同期メッセージを通信した際の当該特殊なネットワーク装置での通信遅延の変動量を把握することができ、通信遅延の全体の変動量に占める大きな割合の変動量を把握することが可能となる。このため、スレーブ装置２０は、この把握した分の変動量の影響を除外してマスター装置１０との間で時刻を同期することができ、時刻同期精度を高めることができる。

以下、通信遅延の変動量が大きくなる箇所のネットワーク装置３０に、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量を通知可能な特殊なネットワーク装置を用いることで、スレーブ装置２０が、マスター装置１０との時刻同期において時刻同期精度を高めることができる理由を詳細に説明する。

まず、スレーブ装置２０は、マスター装置１０に時刻同期用の基準時刻を要求する同期メッセージを送信して、マスター装置１０から時刻同期用の基準時刻のタイムスタンプを含む同期メッセージを受信する。そしてスレーブ装置２０は、時刻同期用の基準時刻のタイムスタンプと、当該時刻同期用の基準時刻のタイムスタンプを含む同期メッセージを受信するまでに要した時間である通信遅延時間とから、マスター装置１０の現時点での基準時刻である現基準時刻を推定し、推定した現基準時刻で自身の時刻を同期する。

つまり、マスター装置１０の現基準時刻は、数式（６）で表される。

現基準時刻＝基準時刻のタイムスタンプ＋通信遅延時間 …（６）

ここで、通信遅延時間は、実際には、同期メッセージの復路時間、即ち、マスター装置１０が時刻同期用の基準時刻のタイムスタンプを含む同期メッセージを送信してからスレーブ装置２０が受信するまでの時間であるが、この時点では、スレーブ装置２０は、自身が計測する時刻とマスター装置１０が計測する基準時刻との誤差が分からないため、通信遅延時間を直接計測することはできない。

このため、通信遅延時間は、数式（７）に示すように、同期メッセージの往復時間の半分の時間に推定される。なお、同期メッセージの往復時間は、スレーブ装置２０が、時刻同期用の基準時刻を要求する同期メッセージを送信してから、時刻同期用の基準時刻のタイムスタンプを含む同期メッセージを受信するまでの時間であり、スレーブ装置２０側で直接計測できる。

通信遅延時間＝同期メッセージの往復時間／２ …（７）

但し、通信遅延時間をこのように推定する場合、同期メッセージの往路時間と同期メッセージの復路時間とが一致しなければ、通信遅延時間を正しく推定することができない。なお、同期メッセージの往路時間は、スレーブ装置２０が時刻同期用の基準時刻を要求する同期メッセージを送信してからマスター装置１０が受信するまでの時間である。

しかしながら、同期メッセージを中継するネットワーク装置３０では、様々なフレームと転送タイミングとの重なり具合で、同期メッセージをキューイングする時間に揺らぎが生じるため、同期メッセージの往路時間と同期メッセージの復路時間とが一致しない事態は多々生じ得る。

このため、同期メッセージの往路時間と同期メッセージの復路時間とが一致しない場合、数式（７）で表された通信遅延時間は、通信遅延の変動量となる遅延差を含んでいる。ここで、遅延差は、数式（８）で表されるため、数式（８）を用いると、数式（７）は数式（９）に変形できる。

遅延差＝同期メッセージの往路時間−同期メッセージの復路時間 …（８）

通信遅延時間＝同期メッセージの復路時間＋遅延差／２ …（９）

また、同期メッセージの往路時間は、数式（１０）で近似でき、同期メッセージの復路時間は、数式（１１）で近似できるため、遅延差は、数式（１２）で近似できる。

同期メッセージの往路時間≒総伝搬時間＋往路キューイング時間 …（１０）

同期メッセージの復路時間≒総伝搬時間＋復路キューイング時間 …（１１）

遅延差＝往路キューイング時間−復路キューイング時間 …（１２）

ここで、総伝搬時間は、ネットワーク装置３０によるキューイング時間を除いたマスター装置１０及びスレーブ装置２０間の通信時間であり、同期メッセージの往路及び復路のいずれにおいても共通である。また、往路キューイング時間は、同期メッセージの往路でのネットワーク装置３０による合計キューイング時間を示し、復路キューイング時間は、同期メッセージの復路でのネットワーク装置３０による合計キューイング時間を示す。

ここで、上述のように、通信遅延の変動量、即ち、遅延差が大きくなる箇所のネットワーク装置３０に、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量を通知可能な特殊なネットワーク装置を用いることで、スレーブ装置２０は、往路キューイング時間に占める特殊なネットワーク装置の往路キューイング時間、及び復路キューイング時間に占める特殊なネットワーク装置の復路キューイング時間を把握することができる。

このため、スレーブ装置２０は、この特殊なネットワーク装置の往路キューイング時間及び復路キューイング時間を用いることで、数式（１３）に示すように、通信遅延時間を高い精度で推定でき、マスター装置１０との時刻同期において時刻同期精度を高めることができる。

通信遅延時間＝同期メッセージの復路時間＋遅延差／２−（特殊なネットワーク装置の往路キューイング時間−特殊なネットワーク装置の復路キューイング時間）／２≒同期メッセージの復路時間 …（１３）

なお、上述した特殊なネットワーク装置としては、例えば、ＩＥＥＥ１５８８−２００８のＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｌｏｃｋ機能を有するスイッチ装置などが挙げられる。このＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｌｏｃｋ機能により、自ネットワーク装置が原因となった通信遅延の変動量、即ち、特殊なネットワーク装置の往路キューイング時間及び復路キューイング時間をスレーブ装置２０に通知できる。

例えば、ＩＥＥＥ１５８８−２００８のｅ２ｅモードを利用する場合、ネットワーク装置３０には、Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｌｏｃｋ機能を有する特殊なネットワーク装置、及びＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｌｏｃｋ機能を有さない汎用のネットワーク装置の両方を採用することができ、これらが混在するネットワークを構築することができる。

但し、汎用のネットワーク装置を採用する方が費用コスト面で有利なため、第１実施形態のように、時刻同期の精度低下要因となると推定されたネットワーク装置３０をＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｌｏｃｋ機能を有する特殊なネットワーク装置に交換し、残りのネットワーク装置３０には汎用のネットワーク装置を採用するようにすれば、費用コストを抑えつつ、時刻同期精度を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報を自動入力する例について説明する。以下では、第１実施形態との相違点の説明を主に行い、第１実施形態と同様の機能を有する構成要素については、第１実施形態と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。

図６は、第２実施形態のネットワーク構成１００１の一例を示す図である。図６に示すように、ネットワーク構成１００１では、推定装置１１００も接続されている点、及びネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０が第１実施形態と相違する。

図７は、第２実施形態の推定装置１１００の構成の一例を示す図である。図７に示すように、推定装置１１００は、入力部１０１を備えない点、並びに第１取得部１１０３、第２取得部１１０５、第３取得部１１０７、第４取得部１１０９、及び推定部１１１１が第１実施形態と相違する。

第１取得部１１０３は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報を取得する。第２取得部１１０５は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、複数のパスそれぞれの帯域情報を取得する。第３取得部１１０７は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、複数のパスそれぞれのトラヒック情報を取得する。第４取得部１１０９は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報を取得する。但し、第４取得部１１０９は、第１実施形態同様、入力装置からネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報を取得してもよい。

ネットワーク装置１０３０は、定期的に、他のネットワーク装置１０３０を介して、自身の分の同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報を推定装置１１００に送信する。但し、ネットワーク装置１０３０は、自身の状態に変化があった場合に、自身の分の同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報を推定装置１１００に送信するようにしてもよい。

なお、ネットワーク装置１０３０が送信する同期情報は、同期メッセージを識別するメッセージＩＤ毎に、自身のパスのうち当該同期メッセージが通過するパスのパスＩＤ、及び当該同期メッセージの送信周期を示す周期情報を対応付けた情報であり、推定装置１１００の第１取得部１１０３において、第１実施形態で説明したスレーブ装置２０毎の同期情報に加工される。

推定部１１１１は、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、複数のパスそれぞれの帯域情報、複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及びネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報の少なくともいずれかが変化した場合に、変化後のスレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、複数のパスそれぞれの帯域情報、複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及びネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報に基づいて、所定ネットワーク装置を推定する。なお、推定手法は、第１実施形態と同様である。

図８は、第２実施形態の推定装置１１００で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図８に示す例でも、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０のネットワークＩＤは、それぞれ、１〜１０で表されるものとするが、これに限定されるものではない。

まず、第１取得部１１０３は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報を取得し、第２取得部１１０５は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、複数のパスそれぞれの帯域情報を取得し、第３取得部１１０７は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、複数のパスそれぞれのトラヒック情報を取得し、第４取得部１１０９は、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報を取得する（ステップＳ２０１）。

続いて、推定部１１１１は、スレーブ装置２０−１〜２０−３それぞれの同期情報、複数のパスそれぞれの帯域情報、複数のパスそれぞれのトラヒック情報、及びネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０それぞれのパス情報の少なくともいずれかが変化したか否かを確認する（ステップＳ２０２）。いずれも変化していない場合（ステップＳ２０２でＮｏ）、ステップＳ２０１へ戻り、いずれかが変化した場合（ステップＳ２０２でＹｅｓ）、ステップＳ２０３へ進む。

以降のステップＳ２０３〜Ｓ２１５までの処理は、図５に示すフローチャートのステップＳ１０３〜Ｓ１１５までの処理と同様である。

以上のように第２実施形態によれば、ネットワーク装置１０３０−１〜１０３０−１０から、同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報を取得するため、同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報の入力を自動化できる。

特に第２実施形態によれば、ネットワーク構成１００１に新たな端末が導入されたり、既存の端末（マスター装置１０及びスレーブ装置２０以外の図１では図示していない端末を含んでもよい）に新たなアプリケーションがインストールされたり、ネットワーク装置１０３０が交換され、同期情報、帯域情報、トラヒック情報、及びパス情報の少なくともいずれかに変化が生じた場合であっても、変化後の条件下で所定ネットワーク装置を自動で推定することができる。

なお、第２実施形態は、第１実施形態と組み合わせるようにしてもよい。例えば、運用開始時には、第１実施形態の手法を採用し、運用開始後には、第２実施形態の手法を採用するようにしてもよい。

（ハードウェア構成）
図９は、各実施形態の推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図９に示すように、各実施形態の推定装置は、ＣＰＵなどの制御装置９０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置９０２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置９０３と、ディスプレイなどの表示装置９０４と、キーボードやマウスなどの入力装置９０５と、通信インタフェースなどの通信装置９０６と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

各実施形態の推定装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。

また、各実施形態の推定装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、各実施形態の推定装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。また、各実施形態の推定装置で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するようにしてもよい。

各実施形態の推定装置で実行されるプログラムは、上述した各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵがＲＯＭやＨＤＤなどからプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現されるようになっている。なお、上記各部の少なくとも一部をＩＣなどのハードウェアで実現する場合、各実施形態の推定装置は、当該ＩＣなどを更に備えればよい。

本発明は、上記各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することができる。また、上記各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、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

例えば、各実施形態のフローチャートにおける各ステップを、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実施し、あるいは実施毎に異なった順序で実施してもよい。

以上のように、各実施形態によれば、時刻同期の精度低下要因となる中継ノードを推定することができる。

１、１００１ ネットワーク構成
１０ マスター装置
２０−１〜２０−３（２０） スレーブ装置
３０−１〜３０−１０、１０３０−１〜１０３０−１０、（３０、１０３０） ネットワーク装置
１００、１１００ 推定装置
１０１ 入力部
１０３、１１０３ 第１取得部
１０５、１１０５ 第２取得部
１０７、１１０７ 第３取得部
１０９、１１０９ 第４取得部
１１１、１１１１ 推定部
１１３ 第１算出部
１１５ 第２算出部
１１７ 出力部

Claims (15)

1. 時刻の同期元となるマスターノード、時刻の同期先となる１以上のスレーブノード、及び複数の中継ノードを含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されるネットワーク構成において、前記スレーブノード毎に、前記複数の中継ノードの少なくともいずれかを介して前記マスターノードと通信される時刻同期用の同期メッセージに関する同期情報を取得する第１取得部と、
   前記パス毎に、当該パスの帯域幅に関する帯域情報を取得する第２取得部と、
   前記パス毎に、当該パスのトラヒック量に関するトラヒック情報を取得する第３取得部と、
   前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスに関するパス情報を取得する第４取得部と、
   前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記複数の中継ノードの中から、前記マスターノード及び前記１以上のスレーブノード間の時刻同期の精度低下要因となる所定中継ノードを推定する推定部と、
   を備える推定装置。
2. 前記推定部は、前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記中継ノード毎に、前記１以上のスレーブノードに対する当該中継ノードの第１同期阻害度を算出し、前記複数の中継ノードそれぞれの前記第１同期阻害度に基づいて、前記所定中継ノードを推定する請求項１に記載の推定装置。
3. 前記同期情報は、前記同期メッセージを識別するメッセージ識別情報と、前記同期メッセージの経路を構成する１以上のパスそれぞれを識別するパス識別情報と、前記同期メッセージの送信周期を示す周期情報と、を含み、
   前記帯域情報は、前記パスのパス識別情報と、前記帯域幅を示す帯域幅情報と、を含み、
   前記トラヒック情報は、前記パスのパス識別情報と、前記トラヒック量を示すトラヒック量情報と、を含み、
   前記パス情報は、前記中継ノードを識別する中継ノード識別情報と、当該中継ノード上の１以上のパスそれぞれのパス識別情報と、を含み、
   前記推定部は、
   前記複数の帯域情報及び前記複数のトラヒック情報に基づいて、前記パス毎の帯域使用率を算出し、
   前記パス毎の前記帯域使用率及び前記１以上の同期情報に基づいて、前記パス及び前記スレーブノードの組毎に、当該スレーブノードに対する当該パスの第２同期阻害度を算出し、
   前記スレーブノード毎に、前記複数のパスそれぞれの前記第２同期阻害度を合算して第３同期阻害度を算出し、
   前記パス毎に、前記１以上の第３同期阻害度のうち値が最大の第３同期阻害度から、前記スレーブノード毎の、前記第３同期阻害度と当該パスの前記第２同期阻害度との差分値のうち値が最大の差分値を差し引いた、前記１以上のスレーブノードに対する当該パスの同期阻害度である第４同期阻害度を算出し、
   前記複数のパス情報に基づいて、前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスそれぞれの前記第４同期阻害度を合算して、前記第１同期阻害度を算出する請求項２に記載の推定装置。
4. 前記第２同期阻害度は、前記スレーブノードの前記同期メッセージが前記パスを使用する分の帯域使用率である請求項３に記載の推定装置。
5. 前記推定部は、前記中継ノード毎に、当該中継ノードを複数の水準のうち当該中継ノードの前記第１同期阻害度の値に応じた水準に分類し、所定水準に分類された１以上の中継ノードを前記所定中継ノードに推定する請求項２に記載の推定装置。
6. 前記所定水準は、前記複数の水準のうち他の水準に分類された１以上の中継ノードよりも前記第１同期阻害度の値が大きい１以上の中継ノードが分類される水準である請求項５に記載の推定装置。
7. 前記推定部は、前記中継ノード毎に、前記第１同期阻害度が閾値以上か否かを判定し、前記閾値以上の場合、前記所定中継ノードに推定する請求項２に記載の推定装置。
8. 前記推定部は、前記複数の中継ノードそれぞれの前記第１同期阻害度に基づいて、前記複数の中継ノードを順位付けし、順位に基づいて、前記所定中継ノードを推定する請求項２に記載の推定装置。
9. 前記推定部の推定結果を出力する出力部を更に備える請求項１に記載の推定装置。
10. 前記出力部は、前記ネットワーク構成を示すネットワーク構成図に、前記推定結果を反映させて出力する請求項９に記載の推定装置。
11. 前記第１取得部は、入力部から前記１以上の同期情報を取得し、
    前記第２取得部は、前記入力部から前記複数の帯域情報を取得し、
    前記第３取得部は、前記入力部から前記複数のトラヒック情報を取得し、
    前記第４取得部は、前記入力部から前記複数のパス情報を取得する請求項１に記載の推定装置。
12. 前記第１取得部は、前記複数の中継ノードから前記１以上の同期情報を取得し、
    前記第２取得部は、前記複数の中継ノードから前記複数の帯域情報を取得し、
    前記第３取得部は、前記複数の中継ノードから前記複数のトラヒック情報を取得し、
    前記第４取得部は、前記複数の中継ノードから前記複数のパス情報を取得する請求項１に記載の推定装置。
13. 推定装置と、複数の中継ノードと、を備える推定システムであって、
    前記推定装置は、
    時刻の同期元となるマスターノード、時刻の同期先となる１以上のスレーブノード、及び前記複数の中継ノードを含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されるネットワーク構成において、前記スレーブノード毎に、前記複数の中継ノードの少なくともいずれかを介して前記マスターノードと通信される時刻同期用の同期メッセージに関する同期情報を取得する第１取得部と、
    前記パス毎に、当該パスの帯域幅に関する帯域情報を取得する第２取得部と、
    前記パス毎に、当該パスのトラヒック量に関するトラヒック情報を取得する第３取得部と、
    前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスに関するパス情報を取得する第４取得部と、
    前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記複数の中継ノードの中から、前記マスターノード及び前記１以上のスレーブノード間の時刻同期の精度低下要因となる所定中継ノードを推定する推定部と、を備え、
    前記複数の中継ノードそれぞれは、
    前記同期情報、前記帯域情報、前記トラヒック情報、及び前記パス情報を前記推定装置に送信する推定システム。
14. 時刻の同期元となるマスターノード、時刻の同期先となる１以上のスレーブノード、及び複数の中継ノードを含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されるネットワーク構成において、前記スレーブノード毎に、前記複数の中継ノードの少なくともいずれかを介して前記マスターノードと通信される時刻同期用の同期メッセージに関する同期情報を取得する第１取得ステップと、
    前記パス毎に、当該パスの帯域幅に関する帯域情報を取得する第２取得ステップと、
    前記パス毎に、当該パスのトラヒック量に関するトラヒック情報を取得する第３取得ステップと、
    前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスに関するパス情報を取得する第４取得ステップと、
    前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記複数の中継ノードの中から、前記マスターノード及び前記１以上のスレーブノード間の時刻同期の精度低下要因となる所定中継ノードを推定する推定ステップと、
    を含む推定方法。
15. 時刻の同期元となるマスターノード、時刻の同期先となる１以上のスレーブノード、及び複数の中継ノードを含む複数のノードと、ノード間を接続する複数のパスと、で構成されるネットワーク構成において、前記スレーブノード毎に、前記複数の中継ノードの少なくともいずれかを介して前記マスターノードと通信される時刻同期用の同期メッセージに関する同期情報を取得する第１取得ステップと、
    前記パス毎に、当該パスの帯域幅に関する帯域情報を取得する第２取得ステップと、
    前記パス毎に、当該パスのトラヒック量に関するトラヒック情報を取得する第３取得ステップと、
    前記中継ノード毎に、当該中継ノード上の１以上のパスに関するパス情報を取得する第４取得ステップと、
    前記１以上の同期情報、前記複数の帯域情報、前記複数のトラヒック情報、及び前記複数のパス情報に基づいて、前記複数の中継ノードの中から、前記マスターノード及び前記１以上のスレーブノード間の時刻同期の精度低下要因となる所定中継ノードを推定する推定ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images