WO2020059139A1

WO2020059139A1 - 通信装置、通信システム、通信方法および通信プログラム

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Publication number: WO2020059139A1
Application number: PCT/JP2018/035174
Authority: WO
Inventors: 太一坂上
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26
Also published as: DE112018007914B4; CN112715019B; DE112018007914T5; TW202013937A; CN112715019A; US20210152266A1; JP6523589B1; US11381333B2; JPWO2020059139A1

Abstract

優先度判定部（１１０）は、複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得する。優先度判定部（１１０）は、他の通信装置の優先度がグランドマスタ優先度（２２）より高いか否かを判定する。調停部（１２０）は、他の通信装置の優先度がグランドマスタ優先度（２２）より高いと判定されると、他の通信装置をグランドマスタに切り替える前に、他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを他の通信装置から取得する。調停部（１２０）は、他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、差分が閾値（２３）より小さい場合に、他の通信装置をグランドマスタに切り替える。

Description

通信装置、通信システム、通信方法および通信プログラム

　本発明は、通信装置、通信システム、通信方法および通信プログラムに関する。特に、マスタスレーブシステムにおいて時刻同期を行う通信装置、通信システム、通信方法および通信プログラムに関する。

　ＩＥＥＥ１５８８、あるいは、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＳのように、複数のノードから成るマスタスレーブシステムにおいて、ネットワーク上の分散クロックを同期させる時刻同期技術の規格がある。これらの規格では、ベストマスタクロックアルゴリズム（ＢＭＣＡ）により、時刻の基準となるグランドマスタを選出し、グランドマスタに同期するスレーブはグランドマスタから配信される時刻に同期する。稼働中のシステムにグランドマスタより高優先度のノードが新たに参入した場合、各ノードはグランドマスタを選出する調停を行い、新たに参入した高優先度のノードをグランドマスタと認識する。そして、各ノードは、新たに参入した高優先度のノードに同期する。このとき、意図していないグランドマスタの切り替えが発生する場合がある。なお、調停によるグランドマスタの選出処理を「グランドマスタ調停」と呼ぶ。

　特許文献１の技術では、グランドマスタとスレーブノードの間にネットワーク接続装置が設けられる。そして、特許文献１の技術では、新たなノードがネットワーク接続装置に接続され、新たなノードからベストタイミング同期リクエストが送出されると、ネットワーク接続装置はベストタイミング同期リクエストをブロックする。

特開２０１３－０８５２７８号公報

　特許文献１では、意図しないグランドマスタの切り替えを防止できる。しかし、通信システムに優先度が高い高精度な通信装置が新規参入し、高精度な通信装置と現在のグランドマスタとの時刻差が小さい場合でも高精度な通信装置に時刻同期できない虞がある。

　本発明は、意図しないグランドマスタの切り替えを防止するとともに、新規参入の通信装置と現在のグランドマスタとの時刻差が小さい場合には、その通信装置に時刻同期できるようにすることを目的とする。

　本発明に係る通信装置は、複数の通信装置を備えた通信システムであって、前記複数の通信装置から前記複数の通信装置の時刻の基準となるグランドマスタを選出する通信システムに含まれる通信装置において、
　前記複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、前記グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって前記他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得し、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いか否かを判定する優先度判定部と、
　前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いと判定されると、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える前に、前記他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを前記他の通信装置から取得し、前記他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、前記差分が閾値より小さい場合に、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える調停部とを備えた。

　本発明に係る通信装置によれば、新規参入の通信装置と現在のグランドマスタとの時刻差が小さい場合には、その通信装置に時刻同期できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る通信システムと比較するための通信システムのシーケンス図。実施の形態１に係る通信装置の構成図。実施の形態１に係る通信装置のハードウェアの詳細構成図。実施の形態１に係る通信システムのシーケンス図。実施の形態１に係る通信装置の動作フロー図。実施の形態２に係る通信システムのシーケンス図。実施の形態２に係る通信装置の動作フロー図。実施の形態２に係る通信装置の動作フロー図。

　以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。

　実施の形態１．
　図１は、本実施の形態に係る通信システムと比較するための通信システム５０１の動作シーケンスを示す図である。
　図１の通信システム５０１と本実施の形態に係る通信システムは、ＩＥＥＥ１５８８、あるいはＩＥＥＥ８０２．１ＡＳといった時刻同期技術の規格を採用している。これらの規格では、ＢＭＣＡを用いたグランドマスタ調停によりグランドマスタを選出し、グランドマスタ以外のスレーブはグランドマスタから配信される時刻に同期する。
　図１の上段の動作シーケンスでは、通信システム５０１は優先度３の通信装置１と優先度４の通信装置２を備える。通信装置１は、通信システム５０１の時刻の基準となるグランドマスタＧＭである。通信装置１からグランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅが通信装置２に送信され、続けて同期メッセージＳｙｎｃが送信されている。これにより、通信装置１と通信装置２の時刻同期が完了する。以下において、グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅを単にＡｎｎｏｕｎｃｅとして説明する場合がある。また、同期メッセージＳｙｎｃを単にＳｙｎｃとして説明する場合がある。

　Ａｎｎｏｕｎｃｅはグランドマスタ調停を行うためのフレームである。Ｓｙｎｃはグランドマスタから発信され、通信システムの時刻同期を行うためのフレームである。図１の上段では、グランドマスタ調停が完了し、通信装置１と通信装置２の間で時刻同期が行われたことを示している。「Ｍ」はＭａｓｔｅｒＰｏｒｔを表す。ＭａｓｔｅｒＰｏｒｔは、ＡｎｎｏｕｎｃｅおよびＳｙｎｃを送信するポートである。また、「Ｓ」はＳｌａｖｅＰｏｒｔを表す。ＳｌａｖｅＰｏｒｔは、Ｓｙｎｃを受信するポートである。なお、ここでは、優先度の値は小さいほどグランドマスタになる優先度が高いことを示す。

　図１の下段の動作シーケンスでは、通信装置１と通信装置２のグランドマスタ調停が完了した状態で、新たに通信装置３が通信システム５０１に参入する状態を示している。新規参入の通信装置３は、通信装置３の優先度２が、グランドマスタである通信装置２の優先度３より高いことを示すＡｎｎｏｕｎｃｅを送信し、グランドマスタ調停を開始する。グランドマスタ調停が完了すると、通信装置３は、自通信装置の時刻に同期させるためのＳｙｎｃを送信する。このとき、このグランドマスタの切り替えが意図しない切り替えである場合、通信装置２は、通信装置３のＡｎｎｏｕｎｃｅをブロックする、あるいは、無視するといった手法で切り替えを防止できる。しかし、このような手法では、通信装置３と通信装置２との時刻の差が問題無い程度に小さい場合でも、優先度が高い通信装置３をグランドマスタにすることはできない。
　本実施の形態では、通信装置３と通信装置２との時刻の差が小さい場合には、優先度が高い通信装置３をグランドマスタにすることができる通信システムの態様について説明する。

　通信装置がグランドマスタと同期済みであると判断する方法は次の通りである。通信装置がスレーブの場合、ＳｌａｖｅＰｏｒｔを持っている。通信装置は、一定時間以上ＳｌａｖｅＰｏｒｔが変更されなければ、一度はグランドマスタと同期したと判断する。
　また、通信装置がグランドマスタの場合、通信装置がスレーブである通信装置と同期済みであると判断する方法は次の通りである。通信装置は、ＭａｓｔｅｒＰｏｒｔからＡｎｎｏｕｎｃｅが一定期間以上受信されなければ、ＢＭＣＡが収束してスレーブが同期していると判断する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
　図２を用いて、本実施の形態に係る通信装置１００の構成を説明する。
　まず、本実施の形態に係る通信システム５００は、複数の通信装置１００を備える。通信システム５００は、複数の通信装置１００から、複数の通信装置１００の時刻の基準となるグランドマスタを選出する。

　通信装置１００は、コンピュータである。通信装置１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信制御部９５０といった他のハードウェアを備える。さらに、通信装置１００は、ネットワークポート９６１，９６２、およびシステムクロック９７０といったハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。ネットワークポート９６１，９６２、およびシステムクロック９７０については図２に図示はないが、これらの構成については後述する図３を用いて説明する。

　通信装置１００は、機能要素として、優先度判定部１１０と調停部１２０を備える。メモリ９２１には、装置優先度２１とグランドマスタ優先度２２と閾値２３が記憶されている。
　優先度判定部１１０と調停部１２０の機能は、ソフトウェアにより実現される。

　プロセッサ９１０は、通信プログラムを実行する装置である。通信プログラムは、優先度判定部１１０と調停部１２０の機能を実現するプログラムである。
　プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。

　メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。
　補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ　Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋの略語である。

　入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
　出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）である。

　通信プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、通信プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、通信プログラムを実行する。通信プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されている通信プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、通信プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。

　通信装置１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、通信プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、通信プログラムを実行する装置である。

　通信プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。

　優先度判定部１１０と調停部１２０の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。また優先度判定処理と調停処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記憶媒体」に読み替えてもよい。
　通信プログラムは、上記の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程を、コンピュータに実行させる。また、通信方法は、通信装置１００が通信プログラムを実行することにより行われる方法である。
　通信プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、通信プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

　図３は、本実施の形態に係る通信装置１００のハードウェアの詳細構成を示す図である。図３を用いて、図２で説明したハードウェアについて、さらに詳しく説明する。
　プロセッサ９１０、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、および出力インタフェース９４０は、マイクロコンピュータ９００に備えられる。
　通信制御部９５０は、割り込み制御部１１、送信部１２、時分割制御部１３、受信部１４、同期制御部１５、データ調停部１６、およびネットワークインタフェース１７，１８を備える。ネットワークインタフェース１７は、ネットワークポート９６１に接続される。ネットワークインタフェース１８は、ネットワークポート９６２に接続される。

　割り込み制御部１１は、プロセッサ９１０への割り込みの出力、および割り込みのマスク制御を行う。
　送信部１２は、通信フレームの生成を行う。また、送信部１２は、時分割制御部１３よりタイミングが入力され、送信起動の制御を行う。
　時分割制御部１３は、同期制御部１５より入力された時刻に基づき、通信周期とタイムスロットの制御を行う。
　受信部１４は、フレームの受信処理を行う。受信部１４は、同期フレーム、すなわち同期メッセージから時刻情報を抽出する。

　同期制御部１５は、時分割制御部１３に時刻カウンタ値を出力する。また、同期制御部１５は、同期フレームの送信時刻と受信時刻の保持を行う。
　データ調停部１６は、通信フレームの送信調停を行う。また、データ調停部１６は、時分割制御部１３より入力されたタイムスロット情報に基づき、中継制御を行う。また、データ調停部１６は、受信したフレームの種別の判定を行う。また、データ調停部１６は、同期フレームの受信および送信を同期制御部１５に通知する。

　ネットワークインタフェース１７，１８は、同期フレームの送信および受信を同期制御部１５に通知する。また、ネットワークインタフェース１７，１８は、送信するフレームをネットワークポート９６１，９６２に転送する。ネットワークインタフェース１７，１８は、ネットワークポート９６１，９６２から受信したフレームをデータ調停部１６に転送する。
　ネットワークポート９６１，９６２は、ネットワークに接続される物理ポートである。
　システムクロック９７０は、発振器により通信制御部９５０および内部バスにクロック信号を入力する。

＊＊＊機能の説明＊＊＊
　通信装置１００の優先度判定部１１０は、複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅを取得する。グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅは、グランドマスタの選出に用いられる。グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅには、送信元である他の通信装置の優先度が含まれる。ここで、他の通信装置は、具体的には、通信システム５００に新規参入する通信装置である。優先度判定部１１０は、他の通信装置の優先度が現在のグランドマスタの優先度であるグランドマスタ優先度２２より高いか否かを判定する。
　グランドマスタ優先度２２には、通信システム５００におけるグランドマスタの優先度が設定される。ＩＥＥＥ１５８８、あるいはＩＥＥＥ８０２．１ＡＳでは、グランドマスタ優先度２２をＰｒｉｏｒｉｔｙ１のパラメータで表す。
　装置優先度２１には、自通信装置である通信装置１００の優先度が設定される。

　他の通信装置からＡｎｎｏｕｎｃｅが送信され、他の通信装置の優先度が現在のグランドマスタの優先度より高いことが判明すると、通常、通信装置は、他の通信装置をグランドマスタに切り替える処理を行う。
　本実施の形態に係る通信装置１００の調停部１２０は、他の通信装置の優先度がグランドマスタ優先度２２より高いと判定されると、他の通信装置をグランドマスタに切り替える前に、他の通信装置の時刻を含む同期メッセージＳｙｎｃを他の通信装置から取得する。調停部１２０は、他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、差分が閾値２３より小さい場合に、他の通信装置をグランドマスタに切り替える。また、調停部１２０は、差分が閾値２３以上の場合は、他の通信装置をグランドマスタに切り替えない。すなわち、通信装置１００は、現在のグランドマスタに時刻同期している状態である。
　閾値２３には、新規参入の通信装置に時刻を同期しても問題無く許容できる差分の最大の値が設定される。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
　図４は、本実施の形態に係る通信システム５００の動作シーケンスを示す図である。図４を用いて、本実施の形態に係る通信システム５００の動作について説明する。
　図４において、通信システム５００は、複数の通信装置を備える。複数の通信装置は、通信装置１、通信装置２、および通信装置３である。ここでは、通信装置２を通信装置１００として説明する。また、通信装置３は、新規に通信システム５００に参入する他の通信装置の例である。

　ステップＳ１１において、通信装置１から、グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅが通信装置２に送信される。通信装置１の優先度は３であり、通信装置２の優先度は４であるため、通信装置１がグランドマスタＧＭとなる。
　ステップＳ１２において、通信装置１から同期メッセージＳｙｎｃが通信装置２に送信され、通信装置２は通信装置１に時刻同期する。
　ステップＳ１３において、通信装置３が、通信システム５００に新規参入する。通信装置３の優先度は２である。すなわち、新規参入の通信装置３の優先度は、現在のグランドマスタである通信装置１の優先度より高い。通信装置３は、通信装置２にとって、複数の通信装置のうち現在のグランドマスタである通信装置１以外の他の通信装置となる。
　ステップＳ１４において、通信装置２から、通信装置１の優先度が３であることを含むＡｎｎｏｕｎｃｅが通信装置３に送信される。
　ステップＳ１５において、通信装置３から、通信装置３の優先度が２であることを含むＡｎｎｏｕｎｃｅが通信装置２に送信される。このように、通信装置２と通信装置３との間でグランドマスタ調停が行われる。

　ステップＳ１６において、通信装置２は、通信装置３の優先度が現在のグランドマスタの優先度より高いと判定すると、グランドマスタ調停を中断する。すなわち、通信装置２は、通信装置３の優先度がグランドマスタ優先度２２より高いにもかかわらず、通信装置３をグランドマスタに切り替える処理を行わない。具体的には、通信装置２は、通信装置３に接続しているポートをＭａｓｔｅｒＰｏｒｔのまま変更しない。通信装置２は、通信装置３からの同期メッセージＳｙｎｃを受信するまで、グランドマスタの切り替えを待機する。
　ステップＳ１７において、通信装置２が通信装置３から同期メッセージＳｙｎｃを受信する。
　ステップＳ１８において、通信装置２は、通信装置３からの同期メッセージＳｙｎｃを受信すると、通信装置３の時刻と自通信装置との時刻の差分を算出する。算出した時刻の差分が閾値２３を超えている場合、通信装置２はグランドマスタの切り替えを行わず、通信装置１をグランドマスタと認識して動作し続ける。図４の例では、閾値２３が±１５分とする。ステップＳ１７の同期メッセージＳｙｎｃにより通信装置３の時刻は０：３０である。また、通信装置２の時刻は１：００である。よって、通信装置２と通信装置３の時刻差は－３０分である。よって、通信装置２は、時刻の差分が閾値２３より大きいと判定し、通信装置３の同期メッセージＳｙｎｃを無視して、通信装置１をグランドマスタと認識して動作し続ける。

　以上のように、本実施の形態に係る通信システム５００では、優先度が高い通信装置が新規参入した場合でも、通信装置１００は、自通信装置との時刻差が閾値より小さいと判定されなければ、新規参入の通信装置とのＢＭＣＡを無視する。

　次に、本実施の形態に係る通信装置１００の動作について説明する。
　図５は、本実施の形態に係る通信装置１００の動作フロー図である。図５を用いて、通信装置１００の通信処理Ｓ１００について説明する。

　ステップＳ１０１において、通信装置１００は、グランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅの受信待機状態である。
　ステップＳ１０２において、通信装置１００の優先度判定部１１０は、通信制御部９５０を介して、Ａｎｎｏｕｎｃｅを取得する。Ａｎｎｏｕｎｃｅには、Ａｎｎｏｕｎｃｅの送信元の通信装置（以下、他の通信装置とする）の優先度が含まれている。優先度判定部１１０は、Ａｎｎｏｕｎｃｅに含まれる他の通信装置の優先度が、現在のグランドマスタの優先度であるグランドマスタ優先度２２より高いか否かを判定する。Ａｎｎｏｕｎｃｅに含まれる他の通信装置がグランドマスタ優先度２２より低ければ、グランドマスタの切り替えは必要無いため、処理はステップＳ１０１に戻る。Ａｎｎｏｕｎｃｅに含まれる他の通信装置の優先度がグランドマスタ優先度２２以上であれば、処理はステップＳ１０３に進む。

　ステップＳ１０３において、通信装置１００の調停部１２０は、初期化シーケンス完了済みかどうかを判定する。初期化シーケンスが完了していない場合は、調停部１２０は、グランドマスタ調停、すなわちＢＭＣＡを実施し、グランドマスタの選出を行う。初期化シーケンスが完了している場合、すなわち現在のグランドマスタが選出されている場合は、処理はステップＳ１０４に進む。初期化シーケンス完了したかどうか判定方法の具体例は以下である。通信装置１００が、ネットワーク管理を行うマスタ局から初期化シーケンス完了の通知を受信すると、初期化シーケンスが完了していると判定してもよい。あるいは、通信装置１００が初期化シーケンスの完了を監視するタイマを設け、このタイマがタイムアウトすると初期化シーケンスが完了していると判定してもよい。

　ステップＳ１０４において、通信装置１００の調停部１２０は、グランドマスタ調停、すなわちＢＭＣＡを実施せず同期メッセージＳｙｎｃの受信待機状態となる。すなわち、調停部１２０は、他の通信装置をグランドマスタに切り替える前に、Ｓｙｎｃの受信待機状態となる。
　ステップＳ１０５において、調停部１２０は、通信制御部９５０を介して、Ｓｙｎｃを取得すると、ステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０６において、調停部１２０は、他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出する。図４の例では、通信装置１００が通信装置２であり、他の通信装置は新規参入の通信装置３である。また、閾値２３は、±１５分であるものとする。Ｓｙｎｃにより通信装置３の時刻は０：３０である。通信装置２の時刻は１：００である。よって、調停部１２０は、通信装置２と通信装置３の時刻の差分＝０：３０－１：００＝－３０分を算出する。

　ステップＳ１０７において、調停部１２０は、時刻の差分の絶対値と閾値２３とを比較する。
　時刻の差分の絶対値が閾値２３以上の場合、処理はステップＳ１０１に戻る。すなわち、調停部１２０は、グランドマスタ調停を実行せず、再びＡｎｎｏｕｎｃｅの受信待機状態に戻る。図４の例では、この時点でグランドマスタは通信装置１のままである。
　一方、時刻の差分の絶対値が閾値２３より小さい場合は、処理はステップＳ１０８に進む。
　ステップＳ１０８において、調停部１２０は、グランドマスタ調停、すなわちＢＭＣＡを続行する。これにより調停部１２０は、他の通信装置をグランドマスタに切り替える。たとえば、図４のステップＳ１７において、Ｓｙｎｃにより通信装置３の時刻が０：５５であったと仮定する。このとき、時刻の差分は－５分となり、通信装置２は、時刻の差分が閾値２３より小さいと判定し、新規参入の通信装置３をグランドマスタに切り替える。

＊＊＊他の構成＊＊＊
　本実施の形態では、優先度判定部１１０と調停部１２０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、優先度判定部１１０と調停部１２０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
　通信装置１００は、図２および図３のプロセッサ９１０に替えて電子回路を備えていてもよい。電子回路は、優先度判定部１１０と調停部１２０の機能を実現する専用の電子回路である。
　電子回路は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙの略語である。
　優先度判定部１１０と調停部１２０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。
　別の変形例として、優先度判定部１１０と調停部１２０の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。

　プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、通信装置１００において、優先度判定部１１０と調停部１２０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
　本実施の形態に係る通信システム５００の通信装置１００は、時刻同期機能とグランドマスタ調停機能とを有する。通信装置１００は、通信システム５００に新規参入した通信装置との時刻差を算出し、閾値と比較する機能を有する。通信装置１００は、時刻差が閾値以上の場合は、新規参入した通信装置をグランドマスタに切り替えず、新規参入した通信装置に同期しない。通信装置１００は、時刻差が閾値より小さい場合は、新規参入した通信装置をグランドマスタに切り替える。
　言い換えると、本実施の形態に係る通信システム５００の通信装置１００では、新規参入した通信装置のグランドマスタ調停メッセージを受信しても即座にグランドマスタ調停、すなわちＢＭＣＡを実施せず、同期メッセージの受信を待機する。そして、通信装置１００は、新規参入した通信装置からの同期メッセージによって通知された時刻と、自通信装置の時刻差を算出し、時刻差が閾値以上であれば新規参入の通信装置をグランドマスタに切り替えず、新規参入の通信装置には時刻同期しない。

　本実施の形態に係る通信システム５００によれば、意図しないグランドマスタの切り替えを防止するとともに、新規参入の通信装置と現在のグランドマスタとの時刻差が小さい場合には、その通信装置に同期できる。よって、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、優先度が高く、かつ、高精度な通信装置が新規参入した場合、時刻差が大きいと新規参入の通信装置を無視することができる。一方、本実施の形態に係る通信システム５００によれば、優先度が高く、かつ、高精度な通信装置が新規参入した場合、問題のない範囲の時刻差であれば新規参入の通信装置に時刻同期することができる。

　実施の形態２．
　本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
　本実施の形態に係る通信システムの構成は、実施の形態１と同様である。
　実施の形態１では、調停部は、時刻の差分が閾値以上の場合、グランドマスタの切り替えを行わずに現在のグランドマスタをそのままグランドマスタとして処理を続行していた。本実施の形態では、時刻の差分が閾値以上の場合、現在の通信システムの時刻を維持しながら、新規参入した通信装置をグランドマスタとして通信システムに選出させる方式について説明する。

　本実施の形態では、通信装置１００ａは、新規参入した通信装置をグランドマスタに切り替えていない状態から、自通信装置の優先度を最高優先度に設定する。自通信装置の優先度を最高優先度とし、自通信装置がグランドマスタとなった状態で、同期メッセージＳｙｎｃを送信する。通信装置１００ａは、その後、グランドマスタ優先度、すなわち自通信装置の優先度を元の優先度の値に戻す。これにより、通信システム５００ａでは、新規参入した通信装置をグランドマスタとして、時刻同期が行われる。

　本実施の形態に係る通信装置１００ａの調停部１２０の機能について説明する。調停部１２０は、差分が閾値２３以上の場合、自通信装置の優先度である装置優先度２１を他の通信装置の優先度より高く設定する。これにより、通信装置１００ａの優先度は、通信システム５００ａにおいて最高優先度となる。このように、調停部１２０は、自通信装置をグランドマスタとして選出させる。また、調停部１２０は、自通信装置をグランドマスタとして、複数の通信装置の同期が完了すると、装置優先度２１を元の値に戻す。その後、調停部１２０は、装置優先度２１を含むグランドマスタ調停メッセージを送信することにより、他の通信装置をグランドマスタとして選出させるグランドマスタ調停を行ってもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
　図６は、本実施の形態に係る通信システム５００ａの動作シーケンスを示す図である。図６を用いて、本実施の形態に係る通信システム５００ａの動作について説明する。
　図６において、通信システム５００ａは、複数の通信装置を備える。複数の通信装置は、通信装置１、通信装置２、および通信装置３である。通信装置１００ａを通信装置２として説明する。また、通信装置３は、新規に通信システム５００ａに参入する他の通信装置の例である。
　ステップＳ１５からステップＳ１７は、図４のステップＳ１５からステップＳ１７と同様である。本実施の形態では、図４におけるステップＳ１５からステップＳ１７以降の処理が実施の形態１とは異なる。

　ステップＳ１５において、通信装置２は、通信装置３から、通信装置３の優先度が２であることを含むＡｎｎｏｕｎｃｅを受信する。この時点では、通信装置１の優先度が３であり、通信装置２の優先度が４であり、現在のグランドマスタは通信装置１である。
　ステップＳ１６において、通信装置２は、通信装置３の優先度が現在のグランドマスタの優先度より高いと判定すると、グランドマスタ調停を中断する。
　ステップＳ１７において、通信装置２は、通信装置３から同期メッセージＳｙｎｃを受信する。ここまでの処理は、実施の形態１と同様である。

　ステップＳ２１において、通信装置２は、通信装置３からのＳｙｎｃを受信すると、通信装置３の時刻と自通信装置との時刻の差分を算出する。算出した時刻の差分が閾値２３以上の場合、通信装置２はグランドマスタの切り替えを行わない。このとき、通信装置２は、自通信装置の優先度を４から１に引き上げる。すなわち、通信装置２は、自通信装置の装置優先度２１を通信システム５００ａの現在のグランドマスタ優先度２２よりも高く、かつ、新規参入の通信装置３の優先度よりも高く引き上げる。通信装置２は、自通信装置の優先度を１としてグランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅを送信する。

　ステップＳ２２において、通信装置１は、通信装置２をグランドマスタと認識する。
　ステップＳ２３において、通信装置３は、通信装置２をグランドマスタと認識する。
　ステップＳ２４において、通信装置２は、Ｓｙｎｃを送信する。
　ステップＳ２５において、通信装置１および通信装置３は、通信装置２からのＳｙｎｃを受信し、通信装置２に時刻同期する。この時点では、通信装置２は、既に通信装置１と同期している。よって、通信装置３が、通信装置２に時刻同期する。具体例では、通信装置３の時刻が、時刻同期により０：４５から１：１５に補正されている。

　ステップＳ２６において、通信装置２は、Ｓｙｎｃを送信した後、自通信装置の優先度を元の優先度の値４に戻す。たとえば、通信装置２は、Ｓｙｎｃを送信した後、一定時間経過後に自通信装置の優先度を元の値に戻す。あるいは、通信装置２は、Ｓｙｎｃを送信した後、通信システム５００ａにおいて時刻同期が完了した後に、自通信装置の優先度を元の値に戻してもよい。
　ステップＳ２７において、通信装置２は、自通信装置の優先度を元の値に戻した後、再びグランドマスタ調停を行う。
　ステップＳ２８において、通信装置３が、グランドマスタとして認識される。この時点では、通信装置３は既に通信装置１に時刻同期している。よって、通信装置３がグランドマスタになった後、通信装置１および通信装置２が通信装置３に時刻同期した場合でも、時刻とびは発生しない。

　以上のように、通信システム５００ａによれば、時刻とびを発生させることなく、新規参入の通信装置３を通信システム５００ａに参入させることができる。

　図７および図８は、本実施の形態に係る通信装置１００ａの動作フロー図である。図７および図８を用いて、通信装置１００ａの通信処理Ｓ１００ａについて説明する。
　なお、図７のステップＳ１０１からステップＳ１０８は図５のステップＳ１０１からステップＳ１０８と同様である。ただし、ステップＳ１０７において、時刻の差分の絶対値が閾値２３以上の場合、処理はステップＳ１０９に進む。

　ステップＳ１０９において、通信装置１００ａの調停部１２０は、自通信装置の優先度である装置優先度２１を通信システム５００ａの中で最高優先度となるように設定する。図６の例では、調停部１２０は、通信装置２の優先度を、グランドマスタである通信装置１の優先度３よりも高優先度、かつ、新規参入の通信装置３の優先度２よりも高優先度となるように、優先度１に設定している。このとき、調停部１２０は、元の装置優先度２１の値をメモリ９２１に記憶しておく。
　ステップＳ１１０において、調停部１２０は、自通信装置の優先度を最高優先度に設定した後、自通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージＡｎｎｏｕｎｃｅを全ポートから送信する。
　そして、ステップＳ１１１およびステップＳ１１２において、調停部１２０は、グランドマスタ調停が完了するまで待機する。すなわち、調停部１２０は、ＢＭＣＡが収束するまで待機する。ＢＭＣＡが収束したかどうか判定方法の具体例は以下である。通信装置１００ａが、ネットワーク管理を行うマスタ局からグランドマスタの選出完了の通知を受信すると、ＢＭＣＡが収束したと判定する。あるいは、通信装置１００ａがＢＭＣＡの処理時間を計測するタイマを設け、このタイマがタイムアウトするとＢＭＣＡが収束したと判定してもよい。
　ＢＭＣＡが収束したと判定されると、処理はステップＳ１１３に進む。

　ステップＳ１１３において、調停部１２０は、同期メッセージＳｙｎｃを送信する。
　ステップＳ１１４において、調停部１２０は、Ｓｙｎｃの送信が完了したかを判定する。本実施の形態では、調停部１２０は、Ｓｙｎｃの送信が完了した場合に、通信システム５００ａの時刻同期が完了したと判定している。通信システム５００ａのＳｙｎｃの送信が完了すると、処理はステップＳ１１５に進む。
　ステップＳ１１５において、調停部１２０は、自通信装置の優先度、すなわち装置優先度２１を元の値に戻す。その後、調停部１２０は、装置優先度２１を含むＡｎｎｏｕｎｃｅを全ポートから送信してもよい。図６の例では、通信装置２の優先度が４に戻り、通信装置３の優先度が２であるため、グランドマスタ調停により通信装置３がグランドマスタとして選出される。

　なお、本実施の形態では、通信装置１００ａは、Ｓｙｎｃの送信が完了したか否かにより、時刻同期が完了したかを判定して、自通信装置の優先度を元の値に戻している。しかしながら、通信装置は、優先度を最高優先度に引き上げた状態から一定時間経過すると、優先度を元の値に戻してもよい。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
　本実施の形態に係る通信システム５００ａの通信装置１００ａによれば、優先度が高い通信装置が新規参入したことを検知すると、自通信装置の優先度を最高優先度に引き上げる。そして、通信装置１００ａは、自通信装置をグランドマスタとして、新規参入の通信装置を通信装置１００ａに時刻同期させる。その後、通信装置１００ａは、自通信装置の優先度を元に戻す。よって、本実施の形態に係る通信システム５００ａの通信装置１００ａによれば、時刻とびを発生させることなく、新規参入の通信装置をグランドマスタとすることができる。また、新規参入の通信装置が、優先度が高く、かつ、高精度な通信装置であった場合には、時刻とびを発生させることなく、新規参入の通信装置をグランドマスタに選出することができるので、高精度な通信システムを提供できる。

　以上の実施の形態１および２では、通信装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、通信装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。通信装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、通信装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
　また、実施の形態１および２のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
　すなわち、実施の形態１および２では、実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明の範囲、本発明の適用物の範囲、および本発明の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

　１１　割り込み制御部、１２　送信部、１３　時分割制御部、１４　受信部、１５　同期制御部、１６　データ調停部、１７，１８　ネットワークインタフェース、２１　装置優先度、２２　グランドマスタ優先度、２３　閾値、１００，１００ａ　通信装置、１１０　優先度判定部、１２０　調停部、５００，５００ａ，５０１　通信システム、９００　マイクロコンピュータ、９１０　プロセッサ、９２１　メモリ、９２２　補助記憶装置、９３０　入力インタフェース、９４０　出力インタフェース、９５０　通信制御部、９６１，９６２　ネットワークポート、９７０　システムクロック、Ａｎｎｏｕｎｃｅ　グランドマスタ調停メッセージ、Ｓｙｎｃ　同期メッセージ、ＧＭ　グランドマスタ。

Claims

　複数の通信装置を備えた通信システムであって、前記複数の通信装置から前記複数の通信装置の時刻の基準となるグランドマスタを選出する通信システムに含まれる通信装置において、
　前記複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、前記グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって前記他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得し、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いか否かを判定する優先度判定部と、
　前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いと判定されると、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える前に、前記他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを前記他の通信装置から取得し、前記他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、前記差分が閾値より小さい場合に、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える調停部と
を備えた通信装置。
　前記調停部は、
　前記差分が閾値以上の場合、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替えずに、前記現在のグランドマスタに時刻を同期させる請求項１に記載の通信装置。
　前記調停部は、
　前記差分が閾値以上の場合、自通信装置の優先度である装置優先度を前記他の通信装置の優先度より高く設定し、自通信装置を前記グランドマスタとして選出させる請求項１に記載の通信装置。
　前記調停部は、
　自通信装置を前記グランドマスタとして前記複数の通信装置の同期が完了すると、前記装置優先度を元の値に戻し、前記装置優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを送信することにより、前記他の通信装置を前記グランドマスタとして選出させる請求項３に記載の通信装置。
　複数の通信装置を備えた通信システムであって、前記複数の通信装置から前記複数の通信装置の時刻の基準となるグランドマスタを選出する通信システムにおいて、
　前記複数の通信装置に含まれる通信装置は、
　前記複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、前記グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって前記他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得し、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いか否かを判定する優先度判定部と、
　前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いと判定されると、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える前に、前記他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを前記他の通信装置から取得し、前記他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、前記差分が閾値より小さい場合に、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える調停部と
を備えた通信システム。
　複数の通信装置を備えた通信システムであって、前記複数の通信装置から前記複数の通信装置の時刻の基準となるグランドマスタを選出する通信システムに含まれる通信装置の通信方法において、
　優先度判定部が、前記複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、前記グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって前記他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得し、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いか否かを判定し、
　調停部が、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いと判定されると、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える前に、前記他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを前記他の通信装置から取得し、前記他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、前記差分が閾値より小さい場合に、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える通信方法。
　複数の通信装置を備えた通信システムであって、前記複数の通信装置から前記複数の通信装置の時刻の基準となるグランドマスタを選出する通信システムに含まれる通信装置の通信プログラムにおいて、
　前記複数の通信装置のうち現在のグランドマスタ以外の他の通信装置から、前記グランドマスタの選出に用いられるグランドマスタ調停メッセージであって前記他の通信装置の優先度を含むグランドマスタ調停メッセージを取得し、前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いか否かを判定する優先度判定処理と、
　前記他の通信装置の優先度が前記現在のグランドマスタの優先度より高いと判定されると、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える前に、前記他の通信装置の時刻を含む同期メッセージを前記他の通信装置から取得し、前記他の通信装置の時刻と自通信装置の時刻との差分を算出し、前記差分が閾値より小さい場合に、前記他の通信装置を前記グランドマスタに切り替える調停処理と
をコンピュータである前記通信装置に実行させる通信プログラム。