JPS63200646A - 通信ネツトワ−クシステムにおけるクロツク同期方法 - Google Patents

通信ネツトワ−クシステムにおけるクロツク同期方法

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JPS63200646A
JPS63200646A JP62032405A JP3240587A JPS63200646A JP S63200646 A JPS63200646 A JP S63200646A JP 62032405 A JP62032405 A JP 62032405A JP 3240587 A JP3240587 A JP 3240587A JP S63200646 A JPS63200646 A JP S63200646A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、通信ネットワークシステムの各ノードが時刻
を管理するためにそれぞれ備えているクロックを共通な
時刻を指すように同期させる通信ネットワークシステム
におけるクロック同期方法に関する。
〔従来の技術〕
情報処理機能や通信機能を果たしているノードを有する
通信ネットワークシステムにおいて、通信ネットワーク
システム全体の運用管理を行うために、各ノードの状態
を把握し、各ノードが備えているクロックをネットワー
ク全体に共通な時刻を指すように同期させることが必要
となる場合がある。例えば、各ノードが共通な時刻に基
づき自己の履歴情報を蓄積しておけば、障害発生時にど
のような順で障害が検出されたかを知ることができ、障
害の発生箇所を特定するための有力な情報を得ることが
できる。
通信ネットワークシステム内の各ノードの備えているク
ロックを共通な時刻を指すように同期させる同期方法と
して、例えば、The 6th Internatio
nal Conference on DISTRIB
IITED COMPUTING SYSTEMSのP
roceedings p、364−371に記載され
ている”An Election Algorithm
 for a Distributed C1゜ck 
5ynchronization Program”で
紹介されているUNIXオペレーティングシステム4.
3 BSD上のTEMPOがある。このシステムにおい
ては、1つのノードがマスクとなり、このマスタノード
が、決められた時間ごとにすべてのノードに時刻の問い
合わせを行い、問い合わせに対してマスタノードに送ら
れてくる各ノードの時刻をもとに平均時刻を計算する。
この後すべてのノードに対してマスタノードは、各ノー
ドが備えているクロックの調整指示を行い、各ノードは
この指示に従いクロックがこの平均時刻を指すように調
整を行う。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のUNIXオペレーティングシステム4.3 BS
DのTEMPOの同期方法においては、クロックの調整
指示を行うマスタノードが必要不可欠である。このため
、マスタノードの障害時には、他のノードがマスタノー
ドの機能を果たすように、マスタノードの代行の方法が
必要となる。また、すべてのノードのクロックの問い合
わせ等を1つのマスタノードが行うために、システム内
のノードの数が増えると、ノード間の通信量の増加によ
り、すべてのノードの時刻の平均を求める作業が必ずし
も短時間に行えるとは限らない。
本発明の目的は、このような欠点を除去し、通信ネット
ワークシステムにマスタノードを設けることなく、すべ
てのノードが同一のアルゴリズムを実施しながらも、各
ノードのクロックが共通な時刻を指すように同期させる
クロック同期方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、ノードが自己の時刻を指すクロックを有する
通信ネットワークシステムにおけるクロック同期方法に
おいて、 前記各ノードは、前記クロックが予め定められた時刻を
示す毎に自己の時刻を隣接するノードに対して送信し、
これを受信したノードは、自己の時刻を送信元のノード
に送信するとともに、受信された送信元ノードの時刻と
、自己のノードの時刻に基づき、自己の前記クロックを
再設定し、送信元のノードは、自己のノードの時刻と前
記隣接するノードから受信された時刻に基づき、自己の
前記クロックを再設定することを特徴としている。
〔作用〕
本発明の原理について、第4図を参照して説明する。第
4図は、通信ネットワークシステムの一例を示したもの
である。この通信ネットワークシステムは、情報処理機
能や通信機能を果たしてぃ ′るノード1,2.3,4
.5がそれぞれ伝送路6゜7、 8. 9.10.11
.12を介して互いに情報処理や通信を行う。各ノード
は、自己の時刻を指すクロックを備えている。この通信
ネットワークシステムの初期状態、例えば、ノード1の
障害発生等によるノード1の備えるクロックの再調整を
行った後の状態においては、各ノード内のクロックは必
ずしも同一の時刻を示してはいない。従って、各ノード
は以下に説明する本発明によるクロック同期方法を用い
て、互いにクロックの調整を行い、すべてのノードのク
ロックが同一の時刻を指すように制御をする。
各ノードは、予め決められた時間になると、隣接するす
べてのノードに対して自己のクロックの指す時刻を送信
する。また、隣接するノードがらの時刻を受信すると、
送信元のノードに対して自己のクロックの指す時刻を送
信するとともに、自己のクロックの示す時刻と受信され
た時刻とに基づき、自己のクロックの再設定を行う。送
信元のノードは隣接するノードから送り返された時刻と
自己の時刻に基づき、クロックの再設定を行う。
以上の操作を繰り返し行うことにより、各ノードのクロ
ックは、ネットワーク全体として同一の時刻を指すよう
に制御される。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
(第1の実施例) 第1図は、本発明を実現するための第1の実施例を示す
フローチャートである。このフローチャートで示されて
いるアルゴリズムは、通信ネットワークシステムのすべ
てのノードが実施するアルゴリズムを示す。アルゴリズ
ムは2つの処理により構成される。第1図(a)は、あ
る時間ごとに、隣接するすべてのノードに対して自己の
時刻を送信する処理を示し、第1図(b)は、第1図(
a)の処理により送信される隣接ノードの時刻を受信し
た時の処理を示している。
まず、第1図(a)において、各ノードは、予め決めら
れた時間ごとに発生する時間割込みを待っている(ステ
ップ31)。自己の時刻が予め決められた時刻となり時
間割込みの発生したノードは、自己のクロックの指す時
刻を読み出し、これを隣接するすべてのノードに送信す
る(ステップ32)。ステップS2の終了の後、この送
信側ノードは、後述する第1図(b)の処理により送信
される隣接ノードの時刻を待つ。一定時間待ってもすべ
ての隣接ノードからの時刻が受信されない場合には、′
タイムアウト”とみなし、ステップS1へ戻る。一定時
間内に、時刻が受信された場合には、受信完了としさら
に次のステップに進む(ステップ33)。送信側ノード
は、隣接するすべてのノードからの時刻に基づき、これ
ら隣接するすべてのノードの時刻と自己のクロックの示
す時刻の平均値を求め、この値をクロックに設定する(
ステップS4)。ステップS4の終了の後、ステップS
1に戻る。以上のアルゴリズムを時間割込みが発生する
ごとに繰り返す。
次に、第1図(b)に示されているアルゴリズムについ
て説明する。第1図(a)に示されているアルゴリズム
のステップS2で、送信側ノードにより送信される隣接
ノードの時刻の受信により発生する受信割込みを待って
おり、受信割込みが発生するとさらに次のステップに進
む(ステップ511)。隣接ノードは、自己のクロック
の指す時刻を読み出し、この時刻を送信側ノードに送信
する(ステップ512)。なお、送信側ノードは、第1
図(a)に示されているアルゴリズムのステップS3で
、この時刻情報を待っている。ステップS12が実行さ
れると隣接ノードは、自己のクロ・ツクの指す時刻を読
み出し、この時刻と受信された隣接ノードの時刻との平
均値を求め、これを自己のクロックに再設定する(ステ
ップ513)。ステップ313が実行されると、ステッ
プSllに戻り、受信割込みが発生するごとに前述した
アルゴリズムを繰り返す。
前述した、第1図に示されているアルゴリズムを第4図
に示されている通信ネットワークシステムに適用した場
合のクロック同期の様子を、第2図のタイムチャートを
参照しながら詳しく説明する。
第2図は、第4図の通信ネットワークシステムにおいて
5つのノードのクロックの初期値が異なる場合に、本発
明に基づく第1図(a)、  (b)に示したアルゴリ
ズムを適用した場合の同期の様子を示している。第2図
では、横軸を時刻とし各ノードのクロックの値の更新の
様子を逐次記録している。各ノードのクロックは図示す
るように、ノード1から順に、5.2,3,8.4であ
る。
また、図の一番下の線にアルゴリズムの実施を開始した
以降の経過時間を記録している。
第2図の例では、各ノードは自己のクロックが10Xn
(nは正の整数)になると第1図(a)の処理を行うも
のとしている。また、各ノード間の通信および時刻の設
定制御に要する時間は、十分に短いと仮定し、各ノード
ではクロックが1進む間に、第1図のアルゴリズムが完
了するものとする。さらに、時間10以内では、ノード
のクロックの相互間には誤差は生じないものと仮定する
。また、各ノードは時刻の平均値を計算するが、小数点
以下は切捨てるものとしている。
まず、ノード4のクロックの指す時刻が最も進んでおり
、ノード4は、経過時間“2”でその時刻が“10” 
(時刻10×nでn=1の場合)になると、最初に第1
図(a)に示すアルゴリズムを実行する。第4図に示゛
されているようにノード4に対しすべての隣接するノー
ドは、伝送路12を介して接続されているノード2と、
伝送路8を介して接続されているノード3と、伝送路9
を介して接続されているノード5であり、ノード4は、
自己の時刻″10”を、これら隣接するノード2.ノー
ド3.ノード5に送信する。一方、各ノード2゜ノード
3.ノード5は、ノード4からの時刻″10”を受信す
ると第1図(b)に示すアルゴリズムを実行する。すな
わち、ノード2は、自己の時刻“4″をノード4に送信
すると共に、自己の時刻″4″と受信したノードの時刻
“10″との平均値を求め、自己のクロックの値を“7
″に再設定する。同様にして、ノード3は、自己の時刻
″5”をノード4に送信すると共に、自己の時刻“5”
と受信したノード4の時刻“10”との平均値“7”を
自己のクロックに再設定し、ノード5は、自己の時刻″
6”をノード4に送信すると共に、自己の時刻“6”と
受信したノード4の時刻“10”との平均値“8”を自
己のクロックに再設定する。
一方、ノード4では、自己の時刻“10”とノード2か
ら送信された時刻“4”とノード3から送信された時刻
“5”とノード5から送信された時刻“6”との平均値
“6″を自己のクロックの値に再設定する。
次に、経過時間″4″でノード5の時刻が“10”にな
り、今度はノード5が、自己の時刻“10″を隣接する
ノード1,2.4に送信する。ノード1は、ノード5か
らの時刻“10″を受信すると、自己の時刻“9”をノ
ード5に送信すると共に、自己の時刻“9”と受信した
ノード5の時刻“10”との平均値“9”を自己のクロ
ックに再設定する。
ノード2は、ノード5からの時刻“10”を受信すると
自己の時刻“9”をノード5に送信すると共に、自己の
時刻“9”と受信したノード5の時刻“10”との平均
値“9”を自己のクロックに再設定する。ノード4は、
ノード5からの時刻“10”を受信すると、自己の時刻
“8”をノード5に送信すると共に、自己の時刻″8”
と受信したノード5の時刻“10”との平均値“9”を
自己のクロックに再設定する。一方、ノード5では、自
己の時刻″10″とノード1から送信された時刻“9”
とノード2から送信された時刻“9″とノード4から送
信された時刻“8”との平均値“9”を自己のクロック
に再設定する。ここで、すべてのノードのクロックが共
通な値“9”を示すようになる。次に経過時間″5”に
各ノードのクロックが“10”となり、第1図のアルゴ
リズムを実行されるが、すでに各クロックは共通の値を
示しており値の更新は行われない。以降は各クロックが
同期した状態が保持される。
(第2の実施例) 次に、第2の実施例について説明する。本実施例では、
クロックの調整に必要な情報の伝達に関し、例えば第4
図に示されている通信ネットワークシステムに、第5図
に示されているような論理ループを設定する。図におい
ては、ノード1はノード2および5と、ノード2はノー
ド3および1と、ノード3はノード4および2と、ノー
ド4はノード3および5と、ノード5はノード4および
1と通信を行うというようにループ状の通信経路が設定
されている。
各ノードは、第5図に示された論理ループの上・下流側
の隣接ノードに対して、第1図に示した第1の実施例と
ほぼ同様のアルゴリズムを実施する。第1の実施例と異
なるのは、第1の実施例では、各ノードが自己のクロッ
クが予め決められた時刻を示すごとに隣接するすべての
ノードと時刻の送・受信を行っているのに対し、本実施
例では、各ノードが予め決められた時刻を示すごとにル
ープの上流側および下流側に隣接する両側のノードに対
して時刻を送信していることである。
まず、第1図(a)において、各ノードは、予め決めら
れた時間ごとに発生する時間割込みを待っている(ステ
ップ31)。自己の時刻が予め決められた時刻となり時
間割込みの発生したノードは、自己のクロックの指す時
刻を読み出し、これを隣接する両側のノードに送信する
(ステップS2)。ステップS2の終了の後、この送信
側ノードは、後述する第1図(b)の処理により送信さ
れる隣接する両側のノードの時刻を待つ。一定時間待っ
ても両側の隣接ノードからの時刻が受信されない場合に
は、“タイムアウト”とみなし、ステップS1へ戻る。
一定時間内に時刻が受信された場合には、受信完了とし
さらに次のステップに進む(ステップS3)。送信側ノ
ードは、隣接する両側のノードからの時刻に基づき、こ
れら隣接する両側のノードの時刻と自己のクロックの示
す時刻の平均値を求め、この値をクロックに設定する(
ステップS4)。ステップS4の終了の後、ステップS
1に戻る。以上のアルゴリズムを時間割込みが発生する
ごとに繰り返す。
次に、第1図(b)に示されているアルゴリズムについ
て説明する。第1図(a)に示されているアルゴリズム
のステップS2で、送信側ノードより送信される隣接ノ
ードの時刻の受信により発生する受信割込みを待ってお
り、受信割込みが発生するとさらに次のステップに進む
(ステップ511)。隣接ノードは、自己のクロックの
指す時刻を読み出し、この時刻を送信側ノードに送信す
る(ステップ512)。なお、送信側ノードは、第1図
(a)に示されているアルゴリズムのステップS3で、
この時刻を待っている。ステップS12が実行されると
隣接ノードは、自己のクロックの指す時刻を読み出し、
この時刻と受信された送信側ノードの時刻との平均値を
求め、これを自己のクロックに再設定する(ステップ5
13)。ステップ313が実行されると、ステップ31
1に戻り、受信割込みが発生するごとに前述したアルゴ
リズムを繰り返す。
、前述した、第1図に示されているアルゴリズムを第5
図に示されている論理ループが設定された通信ネットワ
ークシステムに適用した場合のクロック同期の様子を、
第3図のタイムチャートを参照しながらさらに詳しく説
明する。
第3図は、5つのノードのクロックの初期値が異なる場
合の第2の実施例を示している。第3図では、横軸を時
刻とし各ノードのクロックの値の更新の様子を逐次記録
している。各ノードのクロックは図示するように、ノー
ド1から順に、6゜3.4,8.6であり、この時を0
として図の一番下の線にアルゴリズムの実施を開始した
以降の経過時間を記録している。なお、図では各ノード
の論理ループの接続関係を示すために、ノード1の線の
上にノード5のクロックの値を、またノード5の線の下
にノード1のクロックの値を各々点線で示している。
第3図の例では、各ノードは自己のクロックが1QXn
(nは整数)になると第1図(a)の処理を行うものと
している。また、各ノードは時刻の平均値を計算するが
、小数点以下は切捨てるものとしている。
まず、ノード4のクロックの指す時刻が最も進んでおり
、ノード4は、経過時間“2”でその時刻が“10” 
(時刻10×nでn=1の場合)になると、最初に第1
図(a)に示すアルゴリズムを実行する。ノード4に対
し隣接する両側のノードは、第3図に示されているよう
にノード3とノード5であり、ノード4は、自己の時刻
“10”を、これら隣接する両側のノード3.ノード5
に送信する。
一方隣接する両側のノードは、ノード4からの時刻“1
0”を受信すると第1図(b)に示すアルゴリズムを実
行する。すなわち、ノード3は、自己の時刻″6″をノ
ード4に送信すると共に、自己の時刻“6″と受信した
ノード4の時刻“10”との平均値“8”を自己のクロ
ックに再設定し、ノード5ば、自己の時刻“8″をノー
ド4に送信すると共に、自己の時刻“8”と受信したノ
ード4の時刻“10”との平均値“9″を自己のクロッ
クに再設定する。一方、ノード4では、隣接するノード
3から送信された時刻“6”とノード5から送信された
時刻″8”と自己の時刻“10”との平均値“8”を自
己のクロックの値に再設定する。
次に、経過時間“3”でノード5の時刻が“10”にな
り、今度は、ノード5が、自己の時刻“IO”を隣接す
る両側のノード1.ノード4に送信する。
ノード1は、ノード5からの時刻“10”を受信すると
自己の時刻“9″をノード5に送信すると共に、自己の
時刻“9”と受信したノード5の時刻″10”との平均
値“9”を自己のクロックに再設定する。ノード4は、
ノード5からの時刻“10”を受信すると自己の時刻“
9”をノード5に送信すると共に、自己の時刻“9”と
受信したノード5の時刻“10”との平均値“9″を自
己のクロックに再設定する。一方、ノード5では、隣接
する両側のノード4から送信された時刻“9”とノード
1から送信された時刻“9”と自己の時刻“10”との
平均値“9”を自己のクロックに再設定する。
経過時間4でノード1.ノード3.ノード4゜ノード5
が時刻“10”になる。まず、ノード1が自己の時刻″
10”を隣接する両側のノード5.ノード2に送信する
。ノード5は、ノード1からの時刻“10”を受信する
と自己の時刻“10”をノード1に送信すると共に、自
己の時刻“10″と受信したノード1の時刻との平均値
″10”を自己のクロックに再設定するが、自己の時刻
“10”と受信したノード1の時刻″10″とは同じ値
であるため時刻の更新はされない。ノード2は、ノード
1からの時刻“10”を受信すると自己の時刻“7”を
ノード1に送信すると共に、自己の時刻“7”と受信し
たノード1の時刻“10″との平均値″8”を自己のク
ロックに再設定する。一方、ノード1では、ノード5か
ら送信された時刻“10″とノード2から送信された時
刻″7”と自己の時刻“10″との平均値“9”を自己
のクロックに再設定する。
同様にして、ノード3は隣接する両側のノード2、ノー
ド4と時刻の送・受信を行い、ノード2は自己の時刻“
8”とノード3の時刻“10″との平均値“9”を自己
のクロックに再設定し、ノード4は自己の時刻” 10
 ”とノード3の時刻″10”とが同一であるため時刻
の更新はされない。一方、ノード3では、ノード2の時
刻“9″とノード4の時刻″10”と自己の時刻“10
”との平均値“9”をクロックに再設定する。
ノード4は、隣接する両側のノード3.ノード5と時刻
の送・受信を行い、ノード3.ノード5はそれぞれ自己
の時刻″10”とノード4の時刻″10”とが同一であ
るため時刻の更新はされない。
一方、ノード4では、ノード3から送信された時刻″1
0″とノード5から送信された時刻″10″と自己の時
刻“10”とが同一であるため時刻の更新はされない。
ノード5は、隣接する両側のノード4.ノード1と時刻
の送・受信を行い、ノード4.ノード1はそれぞれ自己
の時刻“10”とノード5の時刻“10”とが同一であ
るため時刻の更新はされない。
一方、ノード5では、ノード4.ノード1の時刻“10
”と自己の時刻“10”とが同一であるため時刻の更新
はされない。
経過時間5でノード1.ノード2.ノード3の時刻が“
10”になる。まず、ノード1は隣接する両側のノード
5.ノード2と時刻の送・受信を行い、ノード5は自己
の時刻“11”とノード1の時刻”10”との平均値“
10”を自己のクロックに再設定し、ノード2は、自己
の時刻“10”がノード1の時刻“10”と同一である
ため、時刻の更新はされない。ノード1では、ノード5
の時刻“11”とノード2の時刻″10”と自己の時刻
″10”との平均値“10”と自己の時刻“10″と同
一であるため、時刻の更新はされない。
ノード2は、隣接する両側のノード1.ノード3と時刻
の送・受信を行い、ノード1は、自己の時刻” 10 
”がノード2の時刻“10”と同一であるため時刻の更
新はされない。ノード3も、自己の時刻″10”がノー
ド2の時刻″10”と同一であるため時刻の更新はされ
ない。一方、ノード2では、自己の時刻“10″とノー
ド1の時刻“10″とノード3の時刻“10”との平均
値“10゛が自己の時刻“10”と同一であるため時刻
の更新はされない。
ノード3は、隣接する両側のノード2.ノード4と時刻
の送・受信を行い、ノード2は、自己の時刻“10″が
ノード2の時刻“10”と同一であるため時刻の更新は
されない。ノード4は、自己の時刻′11”とノード3
の時刻″10″との平均値“10″を自己のクロックに
再設定する。一方、ノード3では、自己の時刻“10″
とノード2の時刻“10”とノード4の時刻“11”と
の平均値″10”が自己の時刻″10″と同一であるた
め時刻の更新はされない。
このように、ネットワーク全体をみると、ノードのクロ
ックがl0Xnの値になった順に、各ノードが論理ルー
プの両側隣接ノードに対して時刻調整を行う。この操作
を繰り返し、第3図では経過時間“6”においてすべて
のノードのクロックが共通な値“11”を示すようにな
る。
以降は、時刻10×n毎に第1図のアルゴリズムが実行
されても、各クロックが共通な値を示す間は時刻の更新
は行われず、同期状態が保たれる。
以上の2つの実施例では、各ノードで行う時刻の再設定
時には、時刻の平均値(小数点以下切り捨て)をとるも
のとし説明したが、時刻が等しい場合には、平均値の計
算を行わない処理アルゴリズムとすることもできる。
また、小数点以下の切り捨てを行わないときには、時刻
の差がある値よりも小さい場合には、ノードのクロック
は、はぼ同一の値を示しているものとみなし、平均値の
計算を実行しない処理アルゴリズムとすることも可能で
ある。
〔発明の効果〕
このように、本発明のクロック同期方法によれば、マス
タノードを設けることなく、すべてのノードが対等に動
作することにより各ノードのクロックが共通な時刻を指
すように制御することができる。しかも各ノードが必要
とする時刻情報は、自己のクロックの示す時刻と、自分
宛てに送られてくる他ノードの時刻だけでよい。つまり
、すべてのノードの時刻情報をあるノードに集める必要
がないために、ノード数が増えた場合にも時刻調整に要
する時間が増大することはないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、第1および第2の各実施例におけるアルゴリ
ズムを説明するためのフローチャート、第2図は、第1
の実施例における各ノードのクロックの値の変更の様子
を説明するためのタイムチャート、 第3図は、第2の実施例における各ノードのクロックの
値の変更の様子を説明するためのタイムチャート、 第4図は、通信ネットワークシステムの一例を示す図、 第5図は、第4図の通信ネットワークシステムにおける
論理的なループ状の通信経路を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ノードが自己の時刻を指すクロックを有する通信
    ネットワークシステムにおけるクロック同期方法におい
    て、 前記各ノードは、前記クロックが予め定められた時刻を
    示す毎に自己の時刻を隣接するノードに対して送信し、
    これを受信したノードは、自己の時刻を送信元のノード
    に送信するとともに、受信された送信元ノードの時刻と
    、自己のノードの時刻に基づき、自己の前記クロックを
    再設定し、送信元のノードは、自己のノードの時刻と前
    記隣接するノードから受信された時刻に基づき、自己の
    前記クロックを再設定することを特徴とする通信ネット
    ワークシステムにおけるクロック同期方法。
  2. (2)前記各ノードが、前記クロックの調整に関する時
    刻情報の授受を行うために、論理的なループ状の通信経
    路を構成する場合、前記隣接するノードは前記ループの
    両側に隣接するノードであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の通信ネットワークシステムにおける
    クロック同期方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5239966A (en) * 1991-02-20 1993-08-31 Suzuki Corporation Electronic control fuel injection apparatus for two-cycle engine

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