JP7485966B2

JP7485966B2 - 同期方法及び情報機器

Info

Publication number: JP7485966B2
Application number: JP2021562207A
Authority: JP
Inventors: 繁照日; 健人吉澤; 和徳赤羽
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2024-05-17
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: US20220417881A1; JPWO2021111494A1; WO2021111494A1

Description

本発明は、時刻同期の技術に関する。

近年、センサーネットワーク等の普及により、高精度の時刻同期の要求が高まっている。このような要求の解決方法の一つとして、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた方法が提案されている。しかしながら、このような方法は、ＧＰＳの電波が届かない場所では採用できない。例えば、屋内、橋梁の下部、地下、トンネル等の場所では、ＧＰＳの電波が届かないため、ＧＰＳを用いた時刻同期を実現できない。一方で、このようなＧＰＳの電波が届かない場所であっても、高精度な時刻同期の要求がある。

ＧＰＳの電波が届かない場所では、ＮＴＰ（Network Time Protocol）が用いられることがある。ＮＴＰは、イーサネット（登録商標）伝送を活用した時刻同期方式である。ただし、ＮＴＰの同期精度はミリ秒程度であり、精度が低い。また、ＮＴＰでは、ベストエフォート網であるインターネットが用いられる。そのため、絶対的な保証がなく、精度が非常に悪くなってしまう場合もある。

同じようにイーサネット（登録商標）伝送を用いた高精度な時刻同期を行なうプロトコルとして、ＰＴＰ（Precision Time Protocol)がある。ＰＴＰは、マイクロ秒以下の精度を担保している。しかし、ＰＴＰでは、高精度なハードウエアタイムスタンプの付加と、ネットワークの伝搬遅延を正確に検出し補正する対応ネットワーク機器によるリレーと、を用いて高精度の時刻同期が実現されている。そのため、ＰＴＰでは、エンド・エンド間の全てのネットワーク機器に特殊な機能が必要とされる。

また、ＬＴＥ等の移動体通信網では、端末装置と基地局との間で高精度な時刻同期が実現されている。移動体通信網で用いられる電波は、ＧＰＳの衛星から送信される電波が届かない範囲にも届くことが多い。そのため、ＧＰＳの電波が届かない場所であっても、移動体通信網に接続する通信機器（モデム等）は高精度な時刻同期を実現することが可能である。また、このような移動体通信網に接続する通信機器には、同期情報を出力するコマンドも定義されていることがある（例えば特許文献１参照）。

QUECTEL,"BG96 AT Commands Manual" LTE Module Series, Rev. BG96_AT_Commands_Manual_V2.3, 2019-01-25（6.16章P.100）

しかしながら、非特許文献１で提供されている同期情報は秒単位の同期情報であり、秒未満の精度の同期情報は提供されていない。したがって、移動体通信網に接続するモデムがあったとしても、他の情報機器は高精度な時刻同期を実現することができない。このように、ＧＰＳの電波が届かない場所では、経済的に高精度な時刻同期を図る技術が提供されていない。

上記事情に鑑み、本発明は、たとえＧＰＳの電波が届かない場所であっても、より経済的に、より高精度な時刻同期を実現できる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、移動体通信網に接続された基地局装置との間で時刻同期する通信装置に対し、前記通信装置が実現している時刻同期の精度よりも低い精度の単位である第一単位で表された時刻情報を要求する照会コマンドを複数回送信する第１ステップと、前記照会コマンドの応答として得られた前記時刻情報が更新されたタイミングを判定する第２ステップと、前記時刻情報が更新されたタイミングの直前に送信された前記照会コマンドの送信時刻から、前記第一単位から前記照会コマンドの送信周期よりも短い時間である第一基準時間を減算して得られる差分時間が経過したタイミングを、次に前記照会コマンドを送信するタイミングとして決定する第３ステップと、前記第３ステップで送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていた場合には、前記第一単位から前記第一基準時間よりも短い時間である第二基準時間を減算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得し、前記第３ステップで送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていない場合には、前記第一単位に前記第二基準時間を加算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得する、第４ステップと、を含む同期方法である。

本発明の一態様は、移動体通信網に接続された基地局装置との間で時刻同期する通信装置に対し、前記通信装置が実現している時刻同期の精度よりも低い精度の単位である第一単位で表された時刻情報を要求する照会コマンドを複数回送信し、前記照会コマンドの応答として得られた前記時刻情報が更新されたタイミングを判定し、前記時刻情報が更新されたタイミングの直前に送信された前記照会コマンドの送信時刻から、前記第一単位から前記照会コマンドの送信周期よりも短い時間である第一基準時間を減算して得られる差分時間が経過したタイミングを、次に前記照会コマンドを送信するタイミングとして決定し、送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていた場合には、前記第一単位から前記第一基準時間よりも短い時間である第二基準時間を減算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得し、送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていない場合には、前記第一単位に前記第二基準時間を加算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得する制御部、を備える情報機器である。

本発明により、たとえＧＰＳの電波が届かない場所であっても、より経済的に、より高精度な時刻同期を実現することが可能となる。

本発明の同期システム１００の機能構成の概略を示す概略ブロック図である。情報機器１０のハードウェア構成の具体例を示す図である。同期システム１００の変形例の構成例を示す図である。

本発明の受信装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［概略］
図１は、本発明の同期システム１００の機能構成の概略を示す概略ブロック図である。まず、同期システム１００の概略について説明する。本発明の同期システム１００は、情報機器１０及び基地局装置２０を備える。情報機器１０の通信装置１１は、基地局装置２０と通信することによって、時刻同期を行う。通信装置１１による時刻同期は、移動体通信網のプロトコルに基づいて高精度に実現される。制御部１２は、通信装置１１に対し同期情報の照会コマンドを、１秒よりも短い周期で複数回送信することで、複数の同期情報を取得する。制御部１２は、同期情報に含まれる“秒”を示す値が変化したタイミングに基づいて時刻同期を行う。このような処理によって、１秒よりも短い周期（より高い精度）で時刻同期を行うことが可能となる。以下、本発明の同期システム１００の詳細について説明する。

［詳細］
情報機器１０は、基地局装置２０と無線通信する装置である。基地局装置２０は、移動体通信網３０に接続されており、所定の無線通信プロトコルで情報機器１０と通信する。所定の無線通信プロトコルの具体例として、LTEや、LTE-Advanced(TD-LTE)がある。

LTE-Advancedにおいて、基地局装置２０間の所要同期精度は、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector）のG.8271で、協定世界時（UTC: Coordinated Universal Time）との時刻誤差が1.5マイクロ秒以下となるように規定されている。さらに、ＣｏＭＰ（Coordinated Multipoint Transmission）においては、数100ナノ秒の時刻・位相同期精度が要求されている。ＣｏＭＰでは、隣接する基地局装置２０間にて端末（例えば情報機器１０）との通信品質などの情報をやりとりし、基地局装置２０の送信電力やリソース割り当てを調整することが定義されている。

LTEでは、基地局装置２０は、数ミリ秒周期でプライマリ同期信号（PSS：Primary Synchronization Signal）とセカンダリ同期信号（SSS:Secondary Synchronization Signal）との２つの同期信号を報知する。端末（例えば情報機器１０）の通信機器は、この２つの同期信号に基づき、基地局装置２０に時刻同期している。

このように、移動通信網を構成する基地局装置２０と、情報機器１０との間では、移動体通信の無線通信プロトコルに基づいて、高精度の時刻同期が実現されている。

情報機器１０は、情報処理を行う装置である。情報機器１０は、例えばセンサーであってもよいし、センサーネットワークのロガーであってもよいし、ユーザー端末であってもよい。ユーザー端末の具体例として、スマートフォン、携帯電話機、タブレット、パーソナルコンピューター、ウェアラブル端末、ゲーム機器、家電機器などがある。情報機器１０は、通信装置１１及び制御部１２を備える。

通信装置１１は、例えば通信モデム等の通信ハードウェアである。通信装置１１は、所定の移動体通信の無線通信プロトコルで基地局装置２０と通信する。通信装置１１は、上述したように、基地局装置２０との間で高精度の時刻同期を実現する。

制御部１２は、ＣＰＵ等のプロセッサーやメモリを用いて構成される。制御部１２は、記憶装置に記憶されたプログラムをプロセッサーが読み出して実行することによって動作する。プログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置などの非一時的な記憶媒体である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。制御部１２の動作の一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ又はＦＰＧＡ等を用いた電子回路を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。

制御部１２は、通信装置１１に対し同期情報の照会コマンドを、１秒よりも短い周期で複数回送信する。照会コマンドは、例えば通信装置１１が基地局装置２０との間で行っている時刻同期に応じた同期情報を照会するコマンドである。照会コマンドに対する応答として、実際に通信装置１１が実現している時刻同期の精度よりも低い精度の単位（以下「第一単位」という。）で時刻情報が通信装置１１から制御部１２に対して出力される。例えば、秒単位の精度の時刻情報が出力されてもよい。

制御部１２は、各照会コマンドに応じて得られる同期情報を参照する。制御部１２は、同期情報に含まれる第一単位（例えば“秒”）を示す値が変化（具体的にはインクリメント）したタイミングに基づいて時刻同期を行う。このような処理によって、第一単位よりも高い精度の単位（以下「第二単位」という。）での時刻同期を行うことが可能となる。このような処理の具体例について、詳細に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡略化するために第一単位の具体例として“秒”を用いる。

制御部１２は通信装置１１に対して、同期情報の照会コマンドを時間Ｔの間隔で送信する。すなわち、周期Ｔで照会コマンドが送信される。周期Ｔは、第一単位である秒の最小値（１秒）よりも短い時間であることが望ましい。なお、周期Ｔをより短くすることによって、より高精度な同期情報を取得するまでに要する時間を短くすることができる。ただし、照会コマンドに対する応答信号の受信前に新たな照会コマンドを送信した場合、通信装置１１において照会コマンドの上書きが発生してしまうおそれがある。照会コマンドの上書きが発生してしまうと、正確な応答信号を受信できない可能性がある。そのため、このようなトレードオフの関係に応じて周期Ｔが設定されてもよい。

制御部１２は、通信装置１１から得られる応答信号に係る同期情報が更新されるまで、照会コマンドの送信を繰り返す。具体的には、同期情報の更新とは、この場合には第一単位を示す値がインクリメントされることである。

通信装置１１からの応答信号に係る同期情報が更新された場合、制御部１２は、その応答信号に対応する直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐ１”と、周期Ｔと、に基づいて、次に照会コマンドを送信するタイミングを制御する。例えば、制御部１２は、第一単位である１秒から、周期Ｔよりも短い時間である時間Ｔ１（すなわち、Ｔ＞Ｔ１）を減算して得られる値を差分時間として定義する。そして、制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐ１”から差分時間が経過したタイミングを、次の照会コマンドを送信するタイミング“Ｐ２”として決定してもよい。Ｔ１は、どのように得られてもよい。たとえば、Ｔを１以上の整数であるｍで除算することによってＴ１が得られてもよい。

制御部１２は、タイミング“Ｐ２”で送信された照会コマンドに応じて受信される応答信号に係る同期情報に基づき、次に照会コマンドを送信するタイミング“Ｐ３”を決定する。具体的には以下の通りである。制御部１２は、Ｔ１よりもさらに小さい値Ｔ２を定義する。例えば、ｍのｎ乗の値（ｎは１以上の整数）でＴを除算することによって得られる値がＴ２として定義されてもよい。この場合の“ｎ”の値は、“２”であってもよい。すなわち、周期Ｔで繰り返し照会コマンドを送信して更新した同期情報が得られたときのタイミングを送信時刻“Ｐｎ”としてｎ＝１として定義され、その後に照会コマンドを送信する毎にｎの値がインクリメントされてもよい。制御部１２は、このＴ２の値を用いて、タイミング“Ｐ３”を決定する。

タイミング“Ｐ２”の応答信号に係る同期情報が更新されていた場合、制御部１２は、第一単位である１秒から時間Ｔ２を減算して得られる値を差分時間として定義する。そして、制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐ２”から差分時間が経過したタイミングを、次の照会コマンドを送信するタイミング“Ｐ３”として決定してもよい。

タイミング“Ｐ２”の応答信号に係る同期情報が更新されていなかった場合、制御部１２は、第一単位である１秒に時間Ｔ２を加算して得られる値を差分時間として定義する。そして、制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐ２”から差分時間が経過したタイミングを、次の照会コマンドを送信するタイミング“Ｐ３”として決定してもよい。

なお、時間Ｔ１や時間Ｔ２を加算又は減算する対象となる値は、第一単位の最小値である１秒であってもよいし、２秒や３秒のように最小値ではない第一単位の値であってもよい。制御部１２は、上記ｎの値をインクリメントしながら、予め定められた所定の回数だけ上記処理（タイミング“Ｐ２”に基づいてタイミング“Ｐ３”を決定して照会コマンドを送信する処理）を繰り返し実行する。制御部１２は、繰り返し実行して最後に得られた応答信号に係る同期情報に基づいて、時刻情報を取得する。

具体的には以下の通りである。直前の照会コマンドの送信時刻を“Ｐｎ”と定義する。制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻を決定する際に用いられたＴ（ｎ－１）よりもさらに小さい値Ｔｎを定義する。例えば、ｍのｎ乗の値でＴを除算することによって得られる値がＴｎとして定義されてもよい。制御部１２は、このＴｎの値を用いて、時刻情報を決定する。

タイミング“Ｐｎ”の応答信号に係る同期情報が更新されていた場合、制御部１２は、第一単位である１秒から時間Ｔｎを減算して得られる値を差分時間として定義する。そして、制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐｎ”から差分時間が経過したタイミングを、第一単位（例えば秒）の更新タイミングであると判定する。

タイミング“Ｐ２”の応答信号に係る同期情報が更新されていなかった場合、制御部１２は、第一単位である１秒に時間Ｔｎを加算して得られる値を差分時間として定義する。そして、制御部１２は、直前の照会コマンドの送信時刻“Ｐｎ”から差分時間が経過したタイミングを、第一単位（例えば秒）の更新タイミングであると判定する。

このような処理が行われることによって、第一単位よりも短い周期（より高い精度）で時刻同期を行うことが可能となる。

図２は、情報機器１０のハードウェア構成の具体例を示す図である。通信装置１１は、例えばＬＴＥ等に対応した通信モデムを用いて構成されてもよい。制御部１２は、例えばＣＰＵ等のプロセッサー１２ａを用いて構成されてもよい。通信モデム１１ａとプロセッサー１２ａとの間では、例えばUART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)インターフェース１０１を介して、照会コマンドによる制御及びその応答が行われている。また、I/Oインターフェース１０２を介して、フロー制御等が行われている。そして、INTインターフェース１０３を介して、無線パケット受信などの割り込みが行われている。通信モデム１１ａ及びプロセッサー１２ａには、電源１３から電力が供給されている。通信モデム１１ａにはＳＩＭ（Subscriber Identity Module）カード１４が接続されている。通信モデム１１ａは、ＳＩＭカード１４に記録されている情報を用いて、基地局装置２０との間で無線通信を行う。

図３は、同期システム１００の変形例（同期システム１００ａ）の構成例を示す図である。図１では、１つの情報機器１０において、通信装置１１と制御部１２が設けられていた。すなわち、基地局装置２０との間で高精度の時刻同期を実現する通信機器に相当する通信装置１１と、その通信装置１１に対して照会コマンドを送信することで時刻情報を取得する機器に相当する制御部１２とは、同一の装置（情報機器１０）に備えられていた。一方、図３に示される例では、基地局装置２０との間で高精度の時刻同期を実現する通信機器に相当する第一通信装置４１と、その第一通信装置４１に対して照会コマンドを送信することで時刻情報を取得する機器に相当する制御部５１とは、異なる装置（通信機器４０と情報機器５０）に備えられている。通信機器４０と情報機器５０とは、それぞれ第二通信装置４２及び通信部５２を介して通信を行う。この通信により、制御部５１は第一通信装置４１に対して照会コマンドを送信し、制御部５１は第一通信装置４１から同期情報を取得する。第二通信装置４２及び通信部５２の通信は、無線通信であってもよいし有線通信であってもよい。このように構成された変形例の構成によっても、図１に示された同期システム１００と同様の効果を得ることが出来る。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、時刻同期を用いるシステムに適用可能である。

１００，１００ａ…同期システム、１０…情報機器、１１…通信装置、１２…制御部、１３…電源、１４…ＳＩＭカード、２０…基地局装置、３０…移動体通信網、１０１…ＵＡＲＴインターフェース、１０２…Ｉ／Ｏインターフェース、１０３…ＩＮＴインターフェース、４０…通信機器、４１…第一通信装置、４２…第二通信装置、５０…情報機器、５１…制御部、５２…通信部

Claims

移動体通信網に接続された基地局装置との間で時刻同期する通信装置に対し、前記通信装置が実現している時刻同期の精度よりも低い精度の単位である第一単位で表された時刻情報を要求する照会コマンドを複数回送信する第１ステップと、
前記照会コマンドの応答として得られた前記時刻情報が更新されたタイミングを判定する第２ステップと、
前記時刻情報が更新されたタイミングの直前に送信された前記照会コマンドの送信時刻から、前記第一単位から前記照会コマンドの送信周期よりも短い時間である第一基準時間を減算して得られる差分時間が経過したタイミングを、次に前記照会コマンドを送信するタイミングとして決定する第３ステップと、
前記第３ステップで送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていた場合には、前記第一単位から前記第一基準時間よりも短い時間である第二基準時間を減算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得し、
前記第３ステップで送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていない場合には、前記第一単位に前記第二基準時間を加算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得する、第４ステップと、
を含む同期方法。
前記第３ステップを複数含み、
前記第４ステップでは、最後に実行された前記第３ステップにおける照会コマンドの応答として得られた時刻情報に基づいて、前記第一単位よりも高い精度で時刻情報を取得する、
請求項１に記載の同期方法。
移動体通信網に接続された基地局装置との間で時刻同期する通信装置に対し、前記通信装置が実現している時刻同期の精度よりも低い精度の単位である第一単位で表された時刻情報を要求する照会コマンドを複数回送信し、前記照会コマンドの応答として得られた前記時刻情報が更新されたタイミングを判定し、前記時刻情報が更新されたタイミングの直前に送信された前記照会コマンドの送信時刻から、前記第一単位から前記照会コマンドの送信周期よりも短い時間である第一基準時間を減算して得られる差分時間が経過したタイミングを、次に前記照会コマンドを送信するタイミングとして決定し、送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていた場合には、前記第一単位から前記第一基準時間よりも短い時間である第二基準時間を減算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得し、送信された照会コマンドの応答として得られた時刻情報が更新されていない場合には、前記第一単位に前記第二基準時間を加算して差分時間を取得し、直前の照会コマンドの送信時刻から前記差分時間が経過したタイミングに基づいて時刻情報を取得する制御部、
を備える情報機器。