JP6490971B2 - 時刻同期システム - Google Patents

Description

本発明は、装置間で時刻を同期させる時刻同期システムに関する。

近年、ネットワークに接続された各装置間で時刻を正確に同期することが求められる。このようなネットワークにおける時刻同期の代表例として、携帯電話網の基地局装置（端末装置）間の時刻同期がある。

携帯端末がエリア間を移動すると、一方のエリアの基地局装置から他方のエリアの基地局装置へのハンドオーバ（基地局装置の切り替え）が発生する。ハンドオーバ時にシームレスな通信を可能とするため、基地局装置間において周波数及び時刻を同期しなければならない。一般的に、基地局装置は、時刻を同期するための基準時刻にＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から受信したＧＰＳ時刻を用いる。しかし、基地局装置は、ＧＰＳ衛星から電波を受信できない場所（例えば、地下街及び山奥等）に設置される場合がある。ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所に配置された基地局装置も、時刻を同期しなければならない。

ＧＰＳ衛星から電波を受信できない場所に配置された基地局装置の時刻同期には、ネットワーク経由で時刻同期する方法（例えば、ＮＴＰ（Network Time Protocol））が利用される。ＮＴＰでは、原子時計又はＧＰＳ衛星の時刻が最上位の時刻源として用いられ、階層構造状に接続されたサーバは伝送路遅延を補正して時刻を同期する。これによって、ＮＴＰではミリ秒単位で時刻を同期できる。しかし、ＮＴＰによる時刻同期の精度は、各サーバまでのネットワークの物理的な距離による伝送時間に依存するという問題がある。

携帯電話網の基地局装置は、搬送波の周波数の同期、及び、ハンドオーバ時の基地局間の同期のために、マイクロ秒単位で時刻を同期しなければならない。このため、ＮＴＰによる時刻同期では、時刻同期の精度が充分ではない。

ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）は、パケットネットワークで時刻を同期する標準化技術であるＩＥＥＥ１５８８を定めている。ＩＥＥＥ１５８８では、マスタノードとスレーブノードとの間で時刻を同期するためにＰＴＰ（Precision Time Protocol）プロトコルを規定している。マスタノードは、マスタノードが管理する時刻を含む時刻同期情報（ＰＴＰフレーム）をスレーブノードに送信する。スレーブノードは、マスタノードから送信された時刻同期情報に基づいて、自身が管理する時刻をマスタノードが管理する時刻に同期する。

ＩＥＥＥ１５８８では、ＰＴＰフレームの交換手順、フレームフォーマット、及びマスタノードとスレーブノードとの間の伝送路遅延による誤差の修正方法等が規定される。ＩＥＥＥ１５８８によれば、サブマイクロ秒単位で時刻を同期できる。

ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルでは、マスタクロックとスレーブクロックとの間でＰＴＰフレームが送受信され、マスタクロックとスレーブクロックとの間の遅延時間を補正することによって時刻同期が実現される。また、ＰＴＰフレームの通信間隔を短縮することによって、時刻源となるグランドマスタクロックとの物理的な距離（伝送時間）に依存せず、時刻同期の精度を高めることができる。

時刻同期の技術分野の背景技術として、特開２０１３−１５３４００号公報（特許文献１）がある。

特許文献１の公報には、「時刻配信マスターである基準装置は、基準時刻の情報を周囲に送信する手段と、無線通信装置から時刻の情報を取得し、各無線通信装置が管理しているそれぞれの時刻が基準時刻と同期状態にあるかどうかを判定する手段と、無線通信装置が通知する同期状態判定結果を取得し無線通信システム中の同期状態を管理する手段と、を備え、時刻配信スレーブである無線通信装置は、基準装置または他の無線通信装置である同期先装置が管理している時刻の情報を取得し、自身が管理している時刻を同期先装置が管理している時刻に同期させる手段と、自身が管理している時刻の情報を周囲に送信する手段と、同期先装置とは異なる他の無線装置が管理している時刻が同期状態にあるかどうかを判定するとともに、判定結果を基準装置へ通知する手段と、を備える。」と記載されている（要約参照）。

特開２０１３−１５３４００号公報

近年、ユーザ側に近いネットワークでも時刻を同期させる要望がある。ユーザ側に近いネットワークの時刻を同期させるネットワーク構成は、基地局、基地局に接続される端末装置、及び端末装置に接続されるユーザ機器によって構成される。例えば、基地局は通信キャリアのビルに配置され、端末装置はユーザビルに配置され、ユーザ機器はユーザが使用する端末又はユーザが使用する端末が接続される機器である。

このようなネットワーク構成において、通信キャリアが時刻同期サービスをユーザに提供する場合、端末装置とユーザ機器との間がサービス提供の分界点となる。この分界点は障害発生時には責任の分界点となる。このため、端末装置からユーザ機器に送信される時刻同期情報の正常性を確認して、時刻同期情報の送信時の端末装置が管理する時刻の正常性を確認する必要がある。しかしながら、端末装置はユーザ機器側に配置されるため、端末装置からユーザ機器に送信される時刻と比較するＧＰＳ等から送信される時刻情報を必ずしも受信できるとは限らない。

特許文献１ではブロードキャストで時刻配信メッセージが送信されるため、時刻配信マスターは、時刻配信メッセージ送信時の時刻配信スレーブ＃Ａの時刻同期状態を確認できる。しかしながら、ブロードキャストで時刻配信メッセージが送信された場合のネットワーク帯域の消費量は、ユニキャストで時刻配信メッセージが送信された場合のネットワーク帯域の消費量より大きい。また、時刻配信メッセージのブロードキャスト送信は、ブロードキャストネットワーク帯域の消費量が大きいので、時刻配信メッセージの送信間隔を短くすることができず、時刻同期の精度の低下を招く。

本発明は、時刻同期のために通信される情報のネットワーク帯域の消費量をできるだけ小さくし、かつ時刻同期の精度を高めて、端末装置のユーザ機器への時刻同期情報の送信時の時刻の正常性を確認する時刻同期システムを提供することを目的とする。

本発明の代表的な一例を示せば、局装置と端末装置とユーザ機器とを備える時刻同期システムであって、前記局装置は、前記端末装置に接続され、前記端末装置が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、前記端末装置は、前記ユーザ機器に接続され、前記ユーザ機器が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、前記局装置は、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記端末装置に送信し、前記端末装置は、前記時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記局装置が管理する時刻に同期し、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記ユーザ機器に送信し、前記ユーザ機器に送信する時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を監視用時刻同期情報として前記局装置に送信し、前記ユーザ機器は、前記端末装置から送信された時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記端末装置が管理する時刻に同期し、前記局装置は、前記端末装置から送信された監視用時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、前記端末装置が管理する時刻が自身が管理する時刻と同期しているか否かを判定することを特徴とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡潔に説明すれば、下記の通りである。すなわち、時刻同期のために通信される情報のネットワーク帯域の消費量をできるだけ小さくし、かつ時刻同期の精度を高めて、端末装置のユーザ機器への時刻同期情報の送信時の時刻の正常性を確認する時刻同期システムを提供できる。

上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例の時刻同期システムの説明図である。 実施例の局装置のブロック図である。 実施例の端末装置のブロック図である。 実施例の装置内監視部のブロック図である。 実施例の遅延時間テーブルの説明図である。 実施例の時刻情報調整部が時刻調整のために用いる式の説明図である。 実施例の時刻同期システムにおける監視用ＰＴＰフレームの転送処理のシーケンス図である。 実施例のＰＴＰフレーム送信トリガ生成部によって実行されるＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理のフローチャートである。

本実施例では、端末装置５がユーザ機器６に送信するＰＴＰフレーム（時刻同期情報）が複製され、複製されたＰＴＰフレームが監視用ＰＴＰフレーム（監視用時刻同期情報）として局装置４に送信され、局装置４が監視用ＰＴＰフレームに含まれる時刻と自身が管理する時刻とを比較する時刻同期システムの例について説明する。

図１は、実施例の時刻同期システムの説明図である。

時刻同期システムは、局装置４、端末装置５、及びユーザ機器６を備える。局装置４は、時刻源１、監視ネットワーク２、上位ネットワーク３、及び端末装置５に接続される。時刻源１は、局装置４、端末装置５、及びユーザ機器６の基準となる時刻を局装置４に供給する。監視ネットワーク２は、監視者が操作する端末に接続されており、異常があった旨を示すフレーム等が通信される。上位ネットワーク３は、ユーザ機器６に送信されるフレーム、及びユーザ機器６から送信されたフレーム等が通信される。

局装置４は、時刻源１から時刻を取得して、自身の時刻を取得した時刻に同期する。また、局装置４は、自身の時刻を含む時刻同期フレーム（ＰＴＰフレーム）を端末装置５に送信し、端末装置５の時刻を局装置４の時刻に同期させる。ＰＴＰフレームは、ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルのフレームである。例えば、局装置４は通信キャリアのビルに配置される。

また、局装置４は、自身及び端末装置５の状態を監視ネットワーク２に送信する。また、局装置４は、上位ネットワーク３とユーザ機器６との間でフレームを双方向に転送する。

端末装置５は、例えばユーザビルに配置される基地局装置であり、局装置４及びユーザ機器６に接続される。なお、局装置４と端末装置５とは、例えば光回線を介して接続されるが、無線で接続されてもよい。また、端末装置５とユーザ機器６とは、無線で接続されるが、光回線等の有線で接続されてもよい。

端末装置５は、局装置４からＰＴＰフレームを受信し、自身の時刻を受信したＰＴＰフレームに含まれる時刻に同期する。また、端末装置５は、自身の時刻を含むＰＴＰフレームをユーザ機器６に送信し、ユーザ機器６の時刻を端末装置５の時刻に同期させる。また、端末装置５は、上位ネットワーク３とユーザ機器６との間でフレームを双方向に転送する。

ユーザ機器６は、端末装置５からＰＴＰフレームを受信し、自身の時刻を受信したＰＴＰフレームに含まれる時刻に同期する。例えば、ユーザ機器はユーザが使用する端末又はユーザが使用する端末が接続される機器である。

次に、時刻同期システムのマスタクロック及びスレーブクロックの配置について説明する。

ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルを用いた時刻同期は、マスタクロックとスレーブクロックとの間でＰＴＰフレームを送受信することによって実現される。

局装置４は、端末装置５の時刻を局装置４の時刻に同期させるためにＰＴＰフレームを送信する局装置マスタクロック１１を有する。

端末装置５は、局装置マスタクロック１１から送信されたＰＴＰフレームに基づいて、端末装置５の時刻を局装置４の時刻に同期する端末装置スレーブクロック１２を有する。また、端末装置５は、ユーザ機器６の時刻を端末装置５の時刻に同期させるためにＰＴＰフレームを送信する端末装置マスタクロック１３を有する。

ユーザ機器６は、端末装置マスタクロック１３から送信されたＰＴＰフレームに基づいて、ユーザ機器６の時刻を端末装置５の時刻に同期するユーザ機器スレーブクロック１４を有する。

図２は、実施例の局装置４のブロック図である。

局装置４は、局装置内部時計２１、局装置マスタクロック１１、ＰＴＰフレーム送信部
２２、ＰＴＰフレーム受信部２３、装置内監視部２４、監視用ＰＴＰフレーム終端部２５、下りフレーム受信部２６、下りユーザフレームバッファ２７、上りフレーム送信部２８、下りフレーム優先制御部２９、下りフレーム送信部３０、上りフレーム振分制御部３１、及び上りフレーム受信部３２を有する。

時刻同期に関する機能ブロックは、局装置内部時計２１、局装置マスタクロック１１、装置内監視部２４、及び監視用ＰＴＰフレーム終端部２５である。上位ネットワーク３との間でフレームを送受信する機能ブロックは、下りフレーム受信部２６、及び上りフレーム送信部２８である。端末装置５との間でフレームを送受信する機能ブロックは、ＰＴＰフレーム送信部２２、ＰＴＰフレーム受信部２３、下りユーザフレームバッファ２７、下りフレーム優先制御部２９、下りフレーム送信部３０、上りフレーム振分制御部３１、及び上りフレーム受信部３２である。

局装置内部時計２１の時刻は、局装置４の基準となる時刻であり、時刻源１から配信された時刻と同期する。局装置マスタクロック１１は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルを用いて端末装置５と時刻を同期するために、端末装置スレーブクロック１２との間でＰＴＰフレームを送受信する。

局装置マスタクロック１１は、ＰＴＰフレーム送信部２２、ＰＴＰフレーム受信部２３、及び装置内監視部２４に接続される。局装置マスタクロック１１は、端末装置スレーブクロック１２に送信するＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム送信部２２に出力する。ＰＴＰフレームは、ＰＴＰフレーム送信部２２に出力される際の時刻を含む。ＰＴＰフレーム送信部２２は、入力されたＰＴＰフレームを下りフレーム優先制御部２９に出力し、下りフレーム送信部３０から端末装置５に送信する。ＰＴＰフレーム受信部２３には、端末装置スレーブクロック１２から送信されたＰＴＰフレームが上りフレーム振分制御部３１から入力される。局装置マスタクロック１１は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルを用いて、局装置マスタクロック１１と端末装置スレーブクロック１２との間の経路遅延を計測する。そして、局装置マスタクロック１１は、計測した経路遅延に関する情報を装置内監視部２４に出力する。

下りフレーム受信部２６は、上位ネットワーク３からユーザ機器６宛てのフレームを受信し、受信したフレームを下りユーザフレームバッファ２７に出力する。下りユーザフレームバッファ２７は、フレームが一時的に記憶される記憶領域であり、下りフレーム受信部２６から入力されたフレームを一時的に記憶する。

下りフレーム優先制御部２９は、ＰＴＰフレーム送信部２２、下りユーザフレームバッファ２７、及び下りフレーム送信部３０に接続される。下りフレーム優先制御部２９は、ＰＴＰフレーム送信部２２から入力されたＰＴＰフレーム、及び下りユーザフレームバッファ２７から入力されたユーザフレームのいずれかを優先して下りフレーム送信部３０に出力して、端末装置５に送信する。通常、下りフレーム優先制御部２９は、ＰＴＰフレームを優先して下りフレーム送信部３０に出力するように設定されるが、ユーザフレームを優先して下りフレーム送信部３０に出力するように設定されていてもよい。

下りフレーム送信部３０は、下りフレーム優先制御部２９に接続され、下りフレーム優先制御部２９から入力されたフレームを端末装置５に送信する。

上りフレーム受信部３２は、上りフレーム振分制御部３１に接続され、端末装置５からフレームを受信し、受信したフレームを上りフレーム振分制御部３１に出力する。端末装置５から送信されるフレームには、ＰＴＰフレーム、監視用ＰＴＰフレーム、及びユーザフレームがある。当該ＰＴＰフレームは端末装置スレーブクロック１２から送信されるものであって、局装置マスタクロック１１から送信されたＰＴＰフレームに対する応答である。監視用ＰＴＰフレームは、端末装置マスタクロック１３がユーザ機器スレーブクロック１４に送信するＰＴＰフレームが複製されたフレームである。

上りフレーム振分制御部３１は、ＰＴＰフレーム受信部２３、監視用ＰＴＰフレーム終端部２５、及び上りフレーム送信部２８に接続される。上りフレーム振分制御部３１は、上りフレーム受信部３２から入力されたフレームを対応する出力先に振り分ける。具体的には、上りフレーム振分制御部３１は、上りフレーム受信部３２から入力されたフレームがＰＴＰフレームである場合、当該ＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム受信部２３に出力し、上りフレーム受信部３２から入力されたフレームが監視用ＰＴＰフレームである場合、当該監視用ＰＴＰフレームを監視用ＰＴＰフレーム終端部２５に出力し、上りフレーム受信部３２から出力されたフレームがユーザフレームである場合、上りフレーム送信部２８に出力する。なお、上りフレーム振分制御部３１は、端末装置５から送信されたフレームのＴＹＰＥを参照することによって、ユーザフレームか否かを判定できるが、ＰＴＰフレームか監視用ＰＴＰフレームかを判定できない。監視用ＰＴＰフレームは、ユーザ機器６に送信されるＰＴＰフレームが複製されたものであるので、宛先がユーザ機器６のアドレスとなる。一方、ＰＴＰフレームの宛先は端末装置５のアドレスである。このため、上りフレーム振分制御部３１は、ＰＴＰフレーム及び監視用ＰＴＰフレームの宛先に基づいて、ＰＴＰフレームか監視用ＰＴＰフレームかを判定できる。

監視用ＰＴＰフレーム終端部２５は、上りフレーム振分制御部３１から入力された監視用ＰＴＰフレームに終端処理を実行し、監視用ＰＴＰフレームを装置内監視部２４に出力する。装置内監視部２４は、監視用ＰＴＰフレームに含まれる時刻に基づいて、端末装置５が有する端末装置内部時計５８（図３参照）の時刻が局装置内部時計２１の時刻と同期しているか否かを判定する。なお、装置内監視部２４の詳細は図４で説明する。

図３は、実施例の端末装置５のブロック図である。

端末装置５は、端末装置スレーブクロック１２、端末装置マスタクロック１３、下りフレーム受信部５１、上りフレーム送信部５２、下りフレーム振分制御部５３、上りフレーム優先制御部５４、ＰＴＰフレーム受信部５５及び６０、ＰＴＰフレーム送信部５６及び５９、下りユーザフレームバッファ５７、端末装置内部時計５８、ＰＴＰフレームコピー部６１、下りフレーム優先制御部６２、上りフレーム振分制御部６３、下りフレーム送信部６４、上りフレーム受信部６５、上りユーザフレームバッファ６６、上りフレーム優先制御監視部６７、並びにＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７を有する。

時刻同期に関する機能ブロックは、端末装置内部時計５８、端末装置スレーブクロック１２、端末装置マスタクロック１３、ＰＴＰフレームコピー部６１、上りフレーム優先制御監視部６７、及びＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７である。局装置４との間でフレームを送受信する機能ブロックは、下りフレーム受信部５１、上りフレーム送信部５２、下りフレーム振分制御部５３、上りフレーム優先制御部５４、ＰＴＰフレーム受信部５５、ＰＴＰフレーム送信部５６、及び上りユーザフレームバッファ６６である。ユーザ機器６との間でフレームを送受信する機能ブロックは、下りユーザフレームバッファ５７、ＰＴＰフレーム送信部５９、ＰＴＰフレーム受信部６０、下りフレーム優先制御部６２、上りフレーム振分制御部６３、下りフレーム送信部６４、及び上りフレーム受信部６５である。

端末装置内部時計５８の時刻は、端末装置５の基準となる時刻であり、局装置４の局装置内部時計２１の時刻と同期する。

端末装置スレーブクロック１２は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルを用いて端末装置５の時刻に端末装置内部時計５８の時計を同期するために、局装置マスタクロック１１との間でＰＴＰフレームを送受信する。

端末装置スレーブクロック１２は、ＰＴＰフレーム受信部５５、ＰＴＰフレーム送信部５６、及び端末装置内部時計５８に接続される。端末装置スレーブクロック１２は、局装置マスタクロック１１から送信されたＰＴＰフレームがＰＴＰフレーム受信部５５から入力されることによって、局装置マスタクロック１１から送信されたＰＴＰフレームを受信する。また、端末装置スレーブクロック１２は、受信したＰＴＰフレームの応答であるＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム送信部５６に出力することによって、局装置４に送信する。また、端末装置スレーブクロック１２は、局装置マスタクロック１１から送信されたＰＴＰフレームを受信した場合、受信したＰＴＰフレームに含まれる時刻に端末装置内部時計５８の時刻を同期する。

端末装置マスタクロック１３は、ＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルを用いてユーザ機器６と時刻を同期するために、ユーザ機器スレーブクロック１４との間でＰＴＰフレームを送受信する。

端末装置マスタクロック１３は、ＰＴＰフレーム送信部５９、ＰＴＰフレーム受信部６０、端末装置内部時計５８、及びＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７に接続される。端末装置マスタクロック１３は、ユーザ機器スレーブクロック１４に送信するＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム送信部５９に出力する。ＰＴＰフレーム送信部５９は、入力されたＰＴＰフレームをＰＴＰフレームコピー部６１に出力して、ＰＴＰフレームをユーザ機器６に送信し、ＰＴＰフレームコピー部６１によって複製されたＰＴＰフレームを監視用ＰＴＰフレームとして局装置４に送信する。また、端末装置マスタクロック１３は、ＰＴＰフレーム受信部６０に入力されたユーザ機器６から送信されたＰＴＰフレームを受信する。また、端末装置マスタクロック１３は、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７からトリガ信号が入力されたタイミングで、ＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム送信部５９に出力する。

ＰＴＰフレームコピー部６１は、ＰＴＰフレーム送信部５９、下りフレーム優先制御部６２、及び上りフレーム優先制御部５４に接続される。ＰＴＰフレームコピー部６１は、ＰＴＰフレーム送信部５９から入力されたＰＴＰフレームを複製して、複製したＰＴＰフレームを監視用ＰＴＰフレームとして上りフレーム優先制御部５４に出力する。また、ＰＴＰフレームコピー部６１は、ＰＴＰフレーム送信部５９から入力されたＰＴＰフレームを下りフレーム優先制御部６２に出力する。

下りフレーム振分制御部５３は、下りフレーム受信部５１、ＰＴＰフレーム受信部５５、及び下りユーザフレームバッファ５７に接続される。下りフレーム振分制御部５３には、下りフレーム受信部５１が局装置４から受信したフレームが入力される。局装置４から送信されるフレームには、ＰＴＰフレームとユーザフレームとがある。下りフレーム振分制御部５３は、下りフレーム受信部５１から入力されたフレームがＰＴＰフレームである場合、当該ＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム受信部５５に出力する。ＰＴＰフレーム受信部５５は、入力されたＰＴＰフレームを端末装置スレーブクロック１２に出力する。

下りフレーム振分制御部５３は、下りフレーム受信部５１から入力されたフレームがユーザフレームである場合、当該ユーザフレームを下りユーザフレームバッファ５７に出力する。下りユーザフレームバッファ５７は、フレームが一時的に記憶される記憶領域であり、下りフレーム振分制御部５３から入力されたフレームを一時的に記憶する。

上りフレーム優先制御部５４は、上りフレーム送信部５２、ＰＴＰフレーム送信部５６、上りユーザフレームバッファ６６、及びＰＴＰフレームコピー部６１に接続される。上りフレーム優先制御部５４は、ＰＴＰフレーム送信部５６から入力されたＰＴＰフレーム、上りユーザフレームバッファ６６から入力されたユーザフレーム、及びＰＴＰフレームコピー部６１から入力された監視用ＰＴＰフレームのいずれかを優先して上りフレーム送信部５２に出力して、局装置４に送信する。通常、上りフレーム優先制御部５４には、優先順序が、監視用ＰＴＰフレーム、ＰＴＰフレーム、及びユーザフレームの順で設定されるが、この順序に限定されない。

上りフレーム優先制御監視部６７は、上りフレーム優先制御部５４及びＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７に接続される。上りフレーム優先制御監視部６７は、上りフレーム優先制御部５４から局装置４に送信されるフレームの送信状態を監視する。具体的には、上りフレーム優先制御監視部６７は、局装置４に送信されるフレームの送信が完了するタイミングを監視し、当該フレームの送信が完了すると、その旨を示す完了通知をＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７に出力する。

上りフレーム優先制御監視部６７は、完了通知が入力された場合、ＰＴＰフレーム送信トリガを端末装置マスタクロック１３に出力する。端末装置マスタクロック１３は、ＰＴＰフレーム送信トリガが入力された場合、ＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム送信部５９に出力する。

下りフレーム優先制御部６２は、下りユーザフレームバッファ５７、ＰＴＰフレームコピー部６１、及び下りフレーム送信部６４に接続される。下りフレーム優先制御部６２は、下りユーザフレームバッファ５７から入力されたユーザフレーム、及びＰＴＰフレームコピー部６１から入力されたＰＴＰフレームのいずれかを優先した下りフレーム送信部６４に出力して、ユーザ機器６に送信する。通常、下りフレーム優先制御部６２は、ＰＴＰフレームを優先して下りフレーム送信部６４に出力するように設定されるが、ユーザフレームを優先して下りフレーム送信部６４に出力するように設定されていてもよい。

上りフレーム振分制御部６３は、上りユーザフレームバッファ６６、ＰＴＰフレーム受信部６０、及び上りフレーム受信部６５に接続される。上りフレーム振分制御部６３は、上りフレーム受信部６５から入力されたフレームを対応する出力先に振り分ける。具体的には、上りフレーム振分制御部６３は、上りフレーム受信部６５から入力されたフレームがＰＴＰフレームである場合、当該ＰＴＰフレームをＰＴＰフレーム受信部６０に出力し、上りフレーム受信部６５から入力されたフレームがユーザフレームである場合、上りユーザフレームバッファ６６に出力する。なお、上りフレーム振分制御部６３はフレームのＴＹＰＥを参照することによって、ユーザフレームかＰＴＰフレームかを判定できる。

図４は、実施例の装置内監視部２４のブロック図である。

装置内監視部２４は、端末装置５の端末装置内部時計５８の時刻が局装置４の局装置内部時計２１の時刻と同期しているか否かを監視する。換言すれば、装置内監視部２４は、端末装置５がユーザ機器６に配信する時刻が正常か否かを監視する。

装置内監視部２４は、遅延時間テーブル１０１、時刻情報調整部１０２、時刻情報比較部１０３、及び時刻情報比較結果出力部１０４を有し、監視用ＰＴＰフレーム終端部２５、局装置マスタクロック１１、及び局装置内部時計２１に接続される。

遅延時間テーブル１０１には、端末装置５によって送信された監視用ＰＴＰフレームを局装置４が受信するまでの遅延時間が登録される。遅延時間テーブル１０１の詳細について図５を用いて説明する。

図５は、実施例の遅延時間テーブル１０１の説明図である。

局装置４は、局装置４に接続される端末装置の数の分だけ遅延時間テーブル１０１を有する。遅延時間テーブル１０１には、局装置−端末装置間伝送路遅延時間、局装置固定時間、及び端末装置固定遅延時間が登録される。

局装置−端末装置間伝送路遅延時間は、局装置マスタクロック１１と端末装置スレーブクロック１２との間で時刻を同期するために用いるＩＥＥＥ１５８８に規定されたプロトコルによって計測された遅延時間である。なお、当該遅延時間は、局装置マスタクロック１１によって遅延時間テーブル１０１に登録される。

局装置固定時間は、局装置４の上りフレーム受信部３２が監視用ＰＴＰフレームを受信してから、当該監視用ＰＴＰフレームの時刻が時刻情報調整部１０２に入力されるまでの時間である。なお、局装置固定時間は、局装置４の設計時に確定する固定時間である。

端末装置固定遅延時間は、端末装置マスタクロック１３が監視用ＰＴＰフレームとなるＰＴＰフレームを出力してから上りフレーム送信部５２が当該監視用ＰＴＰフレームを出力するまでの時間である。なお、端末装置固定遅延時間は、端末装置５の設計時に確定する固定時間である。

なお、局装置固定遅延時間及び端末装置固定遅延間は予め遅延時間テーブル１０１に登録される。また、局装置−端末装置間伝送路遅延時間は、局装置マスタクロック１１が端末装置５から最初にＰＴＰフレームを受信した場合、当該ＰＴＰフレームの端末装置５の送信時刻及び当該ＰＴＰフレームの局装置４の受信時刻に基づいて、当該端末装置５の局装置−端末装置間伝送路遅延時間を算出し、算出した局装置−端末装置間伝送路遅延時間を当該端末装置５に対応する遅延時間テーブル１０１に登録する。

図５に戻り、装置内監視部２４の説明を続ける。

時刻情報調整部１０２は、監視用ＰＴＰフレーム終端部２５に接続される。時刻情報調整部１０２は、遅延時間テーブル１０１を参照して、監視用ＰＴＰフレーム終端部２５が終端させた監視用ＰＴＰフレームに含まれる時刻を現在時刻に調整する。監視用ＰＴＰフレームは、端末装置マスタクロック１３が監視用ＰＴＰフレームとなるＰＴＰフレームを出力した時点での端末装置内部時計５８の時刻（送信時刻）を含む。具体的には、時刻情報調整部１０２は、図６に示す式に基づいて、監視用ＰＴＰフレームとなるＰＴＰフレームの出力時点での端末装置内部時計５８の時刻を現在時刻に調整する。

図６は、実施例の時刻情報調整部１０２が時刻調整のために用いる式の説明図である。時刻情報調整部１０２は、監視用ＰＴＰフレームに含まれる時刻と、監視用ＰＴＰフレームに対応する遅延時間テーブル１０１の局装置−端末装置間伝送路遅延時間と、局装置固定遅延時間と、端末装置固定遅延時間とを加算し、端末装置内部時計５８の現在時刻を算出する。そして、時刻情報調整部１０２は、算出した端末装置内部時計５８の現在時刻を時刻情報比較部１０３に出力する。

時刻情報比較部１０３は、時刻情報調整部１０２が算出した端末装置内部時計５８の現在時刻と局装置内部時計２１の現在時刻とを比較し、比較結果を時刻情報比較結果出力部１０４に出力する。例えば、時刻情報比較部１０３は、端末装置内部時計５８の現在時刻が局装置内部時計２１の現在時刻と同期しているか否かを判定する。時刻情報比較部１０３は、端末装置内部時計５８の現在時刻が局装置内部時計２１の現在時刻と同期していないと判定された場合、その旨を示す比較結果を時刻情報比較結果出力部１０４に出力する。

時刻情報比較結果出力部１０４は、入力された比較結果を監視ネットワーク２に送信する。例えば、時刻情報比較結果出力部１０４は、ＳＮＭＰプロトコルを用いて比較結果を送信してもよいし、専用のコマンドラインを用いて比較結果を送信してもよい。

図７は、実施例の時刻同期システムにおける監視用ＰＴＰフレームの転送処理のシーケンス図である。

監視用ＰＴＰフレームは、端末装置マスタクロック１３がユーザ機器スレーブクロック１４に送信するＰＴＰフレームを複製したものである。端末装置マスタクロック１３は、ユーザ機器スレーブクロック１４との間で時刻を同期するためにＰＴＰフレーム４１１を生成し（４０１）、生成したＰＴＰフレーム４１１をＰＴＰフレームコピー部６１に出力する。

ＰＴＰフレームコピー部６１は、入力されたＰＴＰフレーム４１１を下りフレーム優先制御部６２に出力するととともに、入力されたＰＴＰフレーム４１１を複製し（４０２）、複製したＰＴＰフレーム４１１を監視用ＰＴＰフレーム４１２として上りフレーム優先制御部５４に出力する。上りフレーム優先制御部５４は、入力された監視用ＰＴＰフレーム４１２を上りフレーム送信部５２に出力して、局装置４に転送する（４０３）。

局装置４に転送された監視用ＰＴＰフレーム４１２は、上りフレーム受信部３２によって受信される。上りフレーム受信部３２は、受信した監視用ＰＴＰフレーム４１２を上りフレーム振分制御部３１に出力する。上りフレーム振分制御部３１は、入力された監視用ＰＴＰフレーム４１２を監視用ＰＴＰフレーム終端部２５に振り分ける（４０４）。監視用ＰＴＰフレーム終端部２５は、監視用ＰＴＰフレーム４１２に含まれる時刻４１３を抽出し、抽出した時刻情報を装置内監視部２４に出力する。

装置内監視部２４は、入力された時刻から端末装置内部時計５８の現在時刻を算出し、算出した端末装置内部時計５８の現在時刻と局装置内部時計２１の現在時刻とを比較し（４０６）、比較結果を監視ネットワーク２に送信する。

端末装置５の上りフレーム優先制御部５４では、局装置４に送信されるユーザフレームと監視用ＰＴＰフレーム４１２との待ち合わせが発生する可能性がある。待ち合わせが発生した場合、監視用ＰＴＰフレーム４１２となるＰＴＰフレーム４１１が端末装置マスタクロック１３から出力されてから、局装置４の監視用ＰＴＰフレーム終端部２５に到着するまでの時間にゆらぎが生じてしまう。これによって、装置内監視部２４が、監視用ＰＴＰフレーム４１２に含まれる時刻４１３から端末装置内部時計５８の現在時刻を正確に算出できないという問題が生じる。

このため、本実施例では、上りフレーム優先制御監視部６７は、上りフレーム優先制御部５４が送信中のフレームの残り送信バイト数を監視し、当該残り送信バイト数をＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７に出力する。ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、残り送信バイト数が０となった場合に、トリガ信号を端末装置マスタクロック１３に出力し、端末装置マスタクロック１３にＰＴＰフレームを生成させる。

これによって、上りフレーム優先制御部５４で待ち合わせが発生することを防止でき、装置内監視部２４が端末装置内部時計５８の現在時刻を正確に算出できる。

図８は、実施例のＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７によって実行されるＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理のフローチャートである。

ＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理は、所定のタイミングで実行される。例えば、前回ＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理が実行されてから所定時間が経過した場合等に実行される。

ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、ＰＴＰフレーム送信要求があるか否かを判定する（５０１）。ＰＴＰフレーム送信要求は、例えば、所定時間周期でＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７に入力されるものとする。

ステップ５０１の処理でＰＴＰフレーム送信要求がないと判定された場合、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理を終了する。

一方、ステップ５０１の処理でＰＴＰフレーム送信要求があると判定された場合、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、上りフレーム優先制御部５４が送信中のフレームの残り送信バイト数が０であるか否かを判定する（５０２）。

ステップ５０２の処理で、上りフレーム優先制御部５４が送信中のフレームの残り送信バイト数が０でないと判定された場合、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理を終了する。

一方、ステップ５０２の処理で、上りフレーム優先制御部５４が送信中のフレームの残り送信バイト数が０であると判定された場合、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部８７は、ＰＴＰフレーム送信トリガを端末装置マスタクロック１３に出力し（５０３）、ＰＴＰフレーム送信トリガ生成処理を終了する。

これによって、上りフレーム優先制御部５４で待ち合わせが発生することを防止でき、装置内監視部２４が端末装置内部時計５８の現在時刻を正確に算出できる。

以上によって、局装置４と端末装置５とユーザ機器６とを備える時刻同期システムであって、前記局装置４は、前記端末装置５に接続され、前記端末装置５が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、前記端末装置５は、前記ユーザ機器６に接続され、前記ユーザ機器６が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、前記局装置４は、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報（ＰＴＰフレーム）を前記端末装置５に送信し、前記端末装置５は、前記局装置４から送信された時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記局装置４が管理する時刻に同期し、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記ユーザ機器６に送信し、前記ユーザ機器６に送信する時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を監視用時刻同期情報（監視用ＰＴＰフレーム）として前記局装置４に送信し、前記ユーザ機器６は、前記端末装置５から送信された時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記端末装置５が管理する時刻に同期し、前記局装置４は、前記端末装置５から受信した監視用時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、前記端末装置５が管理する時刻と自身が管理する時刻とが同期しているか否かを判定することを特徴とする。

これによって、端末装置５は、時刻同期情報をブロードキャストで送信せずに、ユーザ機器６に送信する時刻同期情報を複製した監視用時刻同期情報を局装置４に送信する。このため、時刻同期情報のネットワーク帯域の消費量を最小限に抑えて、局装置４は、端末装置５の時刻同期情報のユーザ機器６への送信時の時刻が局装置４の時刻と同期しているか否かを確認できる。また、時刻同期情報をブロードキャストで送信しないので、時刻同期情報の送信間隔を短くすることができ、時刻同期の精度も向上できる。

また、端末装置５に、局装置４に時刻同期情報を送信するためのマスタクロックを設ける必要がなく、局装置４にも、当該マスタクロックに対応するスレーブクロックを設ける必要がない。このため、端末装置５及び局装置４を簡易かつ安価な構成とすることができる。

また、前記端末装置５は、前記局装置４に送信する情報が存在しない場合に前記時刻同期情報を前記ユーザ機器６に送信し、当該時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を前記監視用時刻同期情報として前記局装置に送信することを特徴とする。これによって、端末装置５で時刻同期情報の送信と他の情報の送信との待ち合わせが発生することを防止でき、時刻同期の精度を向上させることができる。

また、前記監視用時刻同期情報に含まれる時刻は当該監視用時刻同期情報の送信時刻であり、前記局装置４は、前記端末装置５から前記局装置４までデータが到達するまでの遅延時間が登録された遅延時間情報（遅延時間テーブル１０１）を保持し、前記遅延時間情報に登録された遅延時間に基づいて、前記端末装置５から送信された監視用時刻同期情報に含まれる時刻を現在時刻に修正し、前記修正した現在時刻と自身が管理する現在時刻とが一致するか否かを判定することによって、前記端末装置５が管理する時刻と自身が管理する時刻とが同期しているか否かを判定することを特徴とする。また、前記遅延時間情報には、前記遅延時間として、前記端末装置と前記局装置との間の伝送遅延時間と、前記端末装置で時刻同期情報に対する処理にかかる処理時間と、前記局装置で時刻同期情報に対する処理にかかる処理時間とが登録されることを特徴とする。

これによって、端末装置５から局装置４までの遅延時間を考慮して、監視用時刻同期情報に含まれる時刻を現在時刻に修正するので、時刻同期の精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。

また、前記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 時刻源
２ 監視ネットワーク
３ 上位ネットワーク
４ 局装置
５ 端末装置
６ ユーザ機器
１１ 局装置マスタクロック
１２ 端末装置スレーブクロック
１３ 端末装置マスタクロック
１４ ユーザ機器スレーブクロック
２１ 局装置内部時計
２２ ＰＴＰフレーム送信部
２３ ＰＴＰフレーム受信部
２４ 装置内監視部
２５ 監視用ＰＴＰフレーム終端部
２６ 下りフレーム受信部
２７ 下りユーザフレームバッファ
２８ 上りフレーム送信部
２９ 下りフレーム優先制御部
３０ 下りフレーム送信部
３１ 上りフレーム振分制御部
３２ 上りフレーム受信部
５１ 下りフレーム受信部
５２ 上りフレーム送信部
５３ 下りフレーム振分制御部
５４ 上りフレーム優先制御部
５５ ＰＴＰフレーム受信部
５６ ＰＴＰフレーム送信部
５７ 下りユーザフレームバッファ
５８ 端末装置内部時計
５９ ＰＴＰフレーム送信部
６０ ＰＴＰフレーム受信部
６１ ＰＴＰフレームコピー部
６２ 下りフレーム優先制御部
６３ 上りフレーム振分制御部
６４ 下りフレーム送信部
６５ 上りフレーム受信部
６６ 上りユーザフレームバッファ
６７ 上りフレーム優先制御監視部
８７ ＰＴＰフレーム送信トリガ生成部
１０１ 遅延時間テーブル
１０２ 時刻情報調整部
１０３ 時刻情報比較部
１０４ 時刻情報比較結果出力部
４１１ ＰＴＰフレーム
４１２ 監視用ＰＴＰフレーム
４１３ 時刻

Claims (3)

1. 局装置と端末装置とユーザ機器とを備える時刻同期システムであって、
   前記局装置は、前記端末装置に接続され、前記端末装置が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、
   前記端末装置は、前記ユーザ機器に接続され、前記ユーザ機器が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、
   前記局装置は、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記端末装置に送信し、
   前記端末装置は、
   前記時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記局装置が管理する時刻に同期し、
   自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記ユーザ機器に送信し、
   前記ユーザ機器に送信する時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を監視用時刻同期情報として前記局装置に送信し、
   前記ユーザ機器は、前記端末装置から送信された時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記端末装置が管理する時刻に同期し、
   前記局装置は、前記端末装置から送信された監視用時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、前記端末装置が管理する時刻と自身が管理する時刻とが同期しているか否かを判定し、
   前記端末装置は、前記局装置に送信する情報が存在しない場合に前記時刻同期情報を前記ユーザ機器に送信し、
   当該時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を前記監視用時刻同期情報として前記局装置に送信することを特徴とする時刻同期システム。
2. 局装置と端末装置とユーザ機器とを備える時刻同期システムであって、
   前記局装置は、前記端末装置に接続され、前記端末装置が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、
   前記端末装置は、前記ユーザ機器に接続され、前記ユーザ機器が管理する時刻を自身が管理する時刻に同期させ、
   前記局装置は、自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記端末装置に送信し、
   前記端末装置は、
   前記時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記局装置が管理する時刻に同期し、
   自身が管理する時刻を含む時刻同期情報を前記ユーザ機器に送信し、
   前記ユーザ機器に送信する時刻同期情報を複製し、前記複製した時刻同期情報を監視用時刻同期情報として前記局装置に送信し、
   前記ユーザ機器は、前記端末装置から送信された時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、自身が管理する時刻を前記端末装置が管理する時刻に同期し、
   前記局装置は、前記端末装置から送信された監視用時刻同期情報に含まれる時刻に基づいて、前記端末装置が管理する時刻と自身が管理する時刻とが同期しているか否かを判定し、
   前記監視用時刻同期情報に含まれる時刻は当該監視用時刻同期情報の送信時刻であり、
   前記局装置は、
   前記端末装置から前記局装置までデータが到達するまでの遅延時間が登録された遅延時間情報を保持し、
   前記遅延時間情報に登録された遅延時間に基づいて、前記端末装置から送信された監視用時刻同期情報に含まれる時刻を現在時刻に修正し、
   前記修正した現在時刻と自身が管理する現在時刻とが一致するか否かを判定することによって、前記端末装置が管理する時刻と自身が管理する時刻とが同期しているか否かを判定することを特徴とする時刻同期システム。
3. 請求項２に記載の時刻同期システムであって、
   前記遅延時間情報には、前記遅延時間として、前記端末装置と前記局装置との間の伝送遅延時間と、前記端末装置で時刻同期情報に対する処理にかかる処理時間と、前記局装置で時刻同期情報に対する処理にかかる処理時間とが登録されることを特徴とする時刻同期システム。

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