时刻同步装置、通信系统、时刻同步方法及时刻同步程序与流程

1.本发明涉及进行时刻同步的时刻同步装置、通信系统、时刻同步方法及时刻同步程序。


背景技术：

2.以往，在通过网络连接的多个设备协作地进行动作的系统中，为了使多个设备的控制定时(timing)一致，需要使各设备的时刻同步。作为使设备间的时刻同步的标准，如ieee(the institute of electrical and electronics engineers)1588那样，存在下述时刻同步技术(非专利文献1)，即，在由多个设备构成的主从系统中，使网络上的多个设备的时刻同步。
3.在ieee 1588中规定有对设备间的传输路径的通信延迟时间进行测量而实施时刻的同步。各设备以固定周期实施传输路径的通信延迟时间测量。传输路径的通信延迟测量通过由请求延迟测量的设备即请求方(requester)发送delayreq消息，接收到delayreq消息的设备即响应方(responder)将接收delayreq时的时间戳储存于delayresp消息而向请求方发送等来实施。
4.非专利文献1：ieee std 1588
‑
2008(ieee standard for a precision clock synchronization protocol for networked measurement and control systems)


技术实现要素：

5.但是，在存在不支持ieee 1588的交换集线器，多个请求方连接于不支持ieee 1588的交换集线器的系统中，1台响应方对由实施传输延迟时间测量的多个请求方发送的多个delayreq消息进行接收。响应方需要以发送源为单位保存多个delayreq消息接收时的时间戳，但时间戳的保存数量存在限制。响应方将delayresp消息仅发送至成功保存了时间戳的请求方。因此，存在如下问题，即，在某个周期中，有的请求方会无法接收delayresp消息，无法完成传输延迟时间测量。另外，各请求方以固定周期对delayreq消息进行发送。因此，存在如下问题，即，某个请求方有可能在无法接收delayresp消息的下一个周期也无法接收delayresp消息，无法完成传输延迟时间测量而无法进行时刻同步。
6.本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到即使在多个时刻同步装置连接于中继装置的通信系统中也能够进行时刻同步的时刻同步装置。
7.为了解决上述课题，达成目的，本发明的时刻同步装置为第1装置，第1装置经由能够连接多个第1装置的中继装置与第2装置之间实施传输延迟时间测量。时刻同步装置具有：发送部，其将传输延迟时间测量的请求消息发送至第2装置；接收部，其对请求消息的响应即来自第2装置的响应消息进行接收；以及接收监视部，其具有接收监视计时器，在发送部发送了请求消息时启动接收监视计时器，当在接收部接收响应消息前接收监视计时器已超时的情况下，对发送部指示请求消息的重发。特征在于，将接收监视计时器的超时设定值设为to，将与中继装置连接的时刻同步装置的连接数量设为n，将发送部的请求消息的发送
周期设为t，to≤t/n。
8.发明的效果
9.本发明涉及的时刻同步装置取得在多个时刻同步装置连接于中继装置的通信系统中也能够进行时刻同步这样的效果。
附图说明
10.图1是表示实施方式1涉及的通信系统的结构例的图。
11.图2是表示实施方式1涉及的通信系统的其它结构例的图。
12.图3是表示实施方式1涉及的同步从站的结构例的图。
13.图4是表示实施方式1涉及的同步从站的接收监视部的监视动作的流程图。
14.图5是表示在实施方式1涉及的通信系统中，同步从站进行传输延迟时间测量时的各装置的消息的收发定时的时序图。
15.图6是表示实现实施方式1涉及的同步从站的硬件的一个例子的图。
16.图7是表示实施方式2涉及的通信系统的结构例的图。
17.图8是表示实施方式2涉及的通信系统的其它结构例的图。
18.图9是表示实施方式2涉及的同步从站的结构例的图。
19.图10是表示实施方式2涉及的同步从站的接收监视部对超时设定值进行计算的动作的流程图。
具体实施方式
20.下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的时刻同步装置、通信系统、时刻同步方法及时刻同步程序进行详细的说明。此外，本发明并不限于该实施方式。
21.实施方式1.
22.图1是表示本发明的实施方式1涉及的通信系统4的结构例的图。通信系统4具有：同步主站1，其具有成为基准的时刻；交换集线器2，其不支持ieee 1588；以及同步从站3a、3b，它们与同步主站1进行同步。在图1所示的通信系统4中，同步从站3a、3b为对与同步主站1之间的传输路径的传输延迟时间进行测量的请求方，同步主站1为响应方。同步主站1实施与ieee 1588的标准相同的动作。同步主站1在接收到从同步从站3a、3b发送来的传输延迟时间测量的delayreq消息的情况下，对delayreq消息的响应即delayresp消息进行发送。不支持ieee 1588的交换集线器2是按照所接收的帧的目标地址实施帧转发的中继装置。交换集线器2也能够与大于或等于3个同步从站连接。同步从站3a、3b经由交换集线器2而与同步主站1之间实施传输延迟时间测量。在之后的说明中，有时将请求方称为第1装置，将响应方称为第2装置。另外，有时将请求方即第1装置称为时刻同步装置。
23.此外，根据通信系统的结构，同步从站有时也成为响应方。图2是表示实施方式1涉及的通信系统4a的结构例的图。通信系统4a具有同步主站1、交换集线器2、同步从站3c、与同步从站3c进行同步的同步从站3a、3b。在图2所示的通信系统4a中，同步从站3a、3b为对与同步从站3c之间的传输路径的传输延迟时间进行测量的请求方，同步从站3c为响应方。在图2所示的通信系统4a中，同步从站3c能够按照ieee 1588的流程，对与同步主站1之间的传输路径的传输延迟时间进行测量。在本实施方式中，以图1所示的通信系统4为例而进行说
明。
24.对同步从站3a、3b的结构进行说明。图3是表示实施方式1涉及的同步从站3a的结构例的图。由于同步从站3a、3b为相同的结构，因此以同步从站3a为例而进行说明。同步从站3a具有帧接收部31、帧发送部32、时刻同步部33、接收监视部34。
25.帧接收部31是具有帧解析部310的接收部。帧解析部310对从交换集线器2接收到的帧进行解析。帧解析部310在接收到的帧为与时刻同步相关联的消息的情况下，将接收帧所包含的接收数据输出至时刻同步部33。在同步从站3a为请求方的情况下，如果帧解析部310接收到与时刻同步相关联的消息中的以同步从站3a为目标的delayresp消息，则对接收监视部34通知接收到delayresp消息这一内容。delayresp消息是响应方即同步主站1对从请求方即同步从站3a接收到的delayreq消息进行响应的消息。在之后的说明中，有时将delayresp消息称为响应消息。另外，delayreq消息是请求方即同步从站3a对响应方即同步主站1请求进行传输延迟时间测量的消息。在之后的说明中，有时将delayreq消息称为请求消息。
26.在同步从站3a为响应方的情况下，如果帧解析部310接收到与时刻同步相关联的消息中的delayreq消息，则对接收时间点的时间戳值进行保存。帧解析部310将所保存的时间戳值、delayreq消息所包含的表示发送源即请求方的delayreq消息的发送源信息、及接收到delayreq消息这一内容通知给帧发送部32。
27.帧发送部32是具有发送周期计时器320的发送部。发送周期计时器320是以帧发送部32发送delayreq消息的周期即发送周期t作为超时条件而超时的计时器。在同步从站3a为请求方的情况下，如果发送周期计时器320经过了发送周期t而超时，则帧发送部32在超时时，将delayreq消息发送至交换集线器2。帧发送部32如果发送了delayreq消息，则对时刻同步部33及接收监视部34通知发送了delayreq消息这一内容。另外，帧发送部32如果从接收监视部34接收到delayreq消息的重发指示，则对delayreq消息进行发送，重启发送周期计时器320。
28.在同步从站3a为响应方的情况下，帧发送部32如果被从帧接收部31通知了时间戳值、delayreq消息的发送源信息、及接收到delayreq消息这一内容，则将时间戳值、及delayreq消息的发送源信息储存于delayresp消息而进行发送。
29.时刻同步部33具有时刻计数器330。时刻同步部33在从帧接收部31取得了接收数据的情况下，对取得的时间点的时刻计数器330的时刻计数值进行记录。时刻同步部33在被从帧发送部32通知了已发送出delayreq消息这一内容的情况下，对被作出通知的时间点的时刻计数器330的时刻计数值进行记录。时刻同步部33使用所记录的时刻计数值和从帧接收部31取得的接收数据而对同步主站1的时刻进行计算，使时刻计数器330与同步主站1同步。
30.例如，将由帧发送部32发送出delayreq消息的时刻设为t1，将由同步主站1接收到delayreq消息的时刻设为t2，将由同步主站1发送出delayresp消息的时刻设为t3，将由帧接收部31接收到delayresp消息的时刻设为t4。同步主站1将t2及t3的信息包含于delayresp消息，从而同步从站3a能够取得t2及t3的信息。时刻同步部33根据((t4
‑
t3) (t2
‑
t1))/2，对单程的通信延迟时间进行计算，使用计算出的单程的通信延迟时间而对同步主站1的时刻进行计算，使时刻计数器330与同步主站1同步。
31.接收监视部34具有接收监视计时器340。接收监视计时器340是用于对delayresp消息的接收进行监视的计时器。接收监视部34在帧发送部32发送了delayreq消息时启动接收监视计时器340。接收监视部34在帧接收部31接收delayresp消息前接收监视计时器340已超时的情况下，对帧发送部32指示delayreq消息的重发。如果将接收监视计时器340的超时设定值设为to，将与交换集线器2连接的请求方即同步从站3a、3b的连接数量设为n，将由帧发送部32发送delayreq消息的发送周期设为t，则超时设定值to为to≤t/n的值。关于超时设定值to，例如对通信系统4进行管理的用户将预先对成为to≤t/n的值进行运算而得到的结果设定于接收监视部34。
32.接下来，对同步从站3a、3b的动作进行说明。图4是表示实施方式1涉及的同步从站3a的接收监视部34的监视动作的流程图。由于同步从站3a、3b进行相同的动作，因此以同步从站3a为例而进行说明。
33.接收监视部34对有无来自帧发送部32的已发送出delayreq消息这一内容的通知进行确认(步骤s11)。接收监视部34在没有来自帧发送部32的已发送出delayreq消息这一内容的通知的情况下(步骤s11：no)，待机至存在来自帧发送部32的已发送出delayreq消息这一内容的通知为止。接收监视部34在具有来自帧发送部32的已发送出delayreq消息这一内容的通知的情况下(步骤s11：yes)，启动接收监视计时器340(步骤s12)。
34.如果启动接收监视计时器340，则接收监视部34对接收监视计时器340的超时进行确认(步骤s13)。接收监视部34在接收监视计时器340已超时的情况下(步骤s13：yes)，对帧发送部32指示delayreq消息的重发(步骤s14)。
35.接收监视部34在接收监视计时器340没有超时的情况下(步骤s13：no)，对有无来自帧接收部31的接收到delayresp消息这一内容的通知进行确认(步骤s15)。接收监视部34在存在来自帧接收部31的接收到delayresp消息这一内容的通知的情况下(步骤s15：yes)，将接收监视计时器340停止、复位(步骤s16)。接收监视部34在没有来自帧接收部31的接收到delayresp消息这一内容的通知的情况下(步骤s15：no)，返回到步骤s13的动作，对接收监视计时器340的超时进行确认(步骤s13)。
36.对在同步从站3a、3b进行传输延迟时间测量时各装置收发消息的定时进行说明。图5是表示在实施方式1涉及的通信系统4中，同步从站3a、3b进行传输延迟时间测量时各装置收发消息的定时的时序图。这里，响应方即同步主站1在接收到delayreq消息时，仅能够保存1个时间戳值。
37.请求方即同步从站3a、3b为了实施传输延迟时间测量而发送delayreq消息。如果发送了delayreq消息，则同步从站3a、3b启动发送周期计时器320及接收监视计时器340(步骤s21)。
38.在图5所示的时序图的之后的说明中，将由同步从站3a发送的delayreq消息设为delayreq消息3a，将由同步从站3b发送的delayreq消息设为delayreq消息3b，将由同步主站1发送至同步从站3a的delayresp消息设为delayresp消息3a，将由同步主站1发送至同步从站3b的delayresp消息设为delayresp消息3b。
39.响应方即同步主站1先对来自同步从站3b的delayreq消息3b进行接收，对接收时的时间戳进行保存。同步主站1将紧接其后接收到的来自同步从站3a的delayreq消息3a忽略。同步主站1将delayresp消息3b发送至同步从站3b(步骤s22)。同步从站3b如果接收到
delayresp消息3b，则将接收监视计时器340停止、复位(步骤s23)。
40.由于接收监视计时器340的超时，同步从站3a对delayreq消息3a进行重发，重启发送周期计时器320(步骤s24)。同步主站1对来自同步从站3a的delayreq消息3a进行接收，对接收时的时间戳进行保存。同步主站1将delayresp消息3a发送至同步从站3a(步骤s25)。同步从站3a如果接收到delayresp消息3a，则将接收监视计时器340停止、复位(步骤s26)。
41.如果发送周期计时器320超时，则同步从站3b对delayreq消息3b进行发送。如果发送了delayreq消息3b，则同步从站3b启动发送周期计时器320及接收监视计时器340(步骤s27)。同步主站1对来自同步从站3b的delayreq消息3b进行接收，对接收时的时间戳进行保存。同步主站1将delayresp消息3b发送至同步从站3b(步骤s28)。同步从站3b如果接收到delayresp消息3b，则将接收监视计时器340停止、复位(步骤s29)。
42.如果发送周期计时器320超时，则同步从站3a发送delayreq消息3a。如果发送了delayreq消息3a，则同步从站3a启动发送周期计时器320及接收监视计时器340(步骤s30)。同步主站1对来自同步从站3a的delayreq消息3a进行接收，对接收时的时间戳进行保存。同步主站1将delayresp消息3a发送至同步从站3a(步骤s31)。同步从站3a如果接收到delayresp消息3a，则将接收监视计时器340停止、复位(步骤s32)。
43.其后，在通信系统4中，重复步骤s27至步骤s32的动作。由此，同步从站3a在由于接收监视计时器340的超时而发送delayreq消息时，能够使得发送定时不会与发送周期计时器320处于超时等待状态的同步从站3b重叠地发送delayreq消息。就同步从站3a而言，由于delayreq消息的发送定时与同步从站3b不重叠，因此能够完成传输延迟时间测量，能够实施时刻同步。
44.在通信系统4中，即使在与交换集线器2连接的请求方即同步从站的连接数量n大于或等于3的情况下，通过设为to≤t/n，也会使得在完成了传输延迟时间测量的同步从站和未完成的同步从站之间delayreq消息的发送定时不会重叠。其结果，在通信系统4中，全部同步从站都能够完成传输延迟时间测量，能够实施时刻同步。
45.接下来，对同步从站3a的硬件结构进行说明。由于同步从站3a、3b为相同的结构，因此使用同步从站3a而进行说明。图6是表示实现实施方式1涉及的同步从站3a的硬件的一个例子的图。同步从站3a能够通过图6所示的处理器101、存储装置102及通信接口103实现。
46.处理器101是cpu(central processing unit，也称为中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、dsp(digital signal processor))、系统lsi(large scale integration)等。存储装置102是ram(random access memory)、rom(read only memory)、eprom(erasable programmable read only memory)、eeprom(注册商标)(electrically erasable programmable read only memory)、硬盘驱动器等。通信接口103是用于在同步从站3a中，由帧接收部31对通信帧进行接收，由帧发送部32对通信帧进行发送的处理电路，例如为网络接口卡。
47.在同步从站3a中，在时刻同步部33、接收监视部34、帧接收部31及帧发送部32中由通信接口103实现的功能之外的部分通过由处理器101执行用于作为上述各功能部进行动作的程序而实现。这样的程序预先被储存于存储装置102。处理器101从存储装置102读出、执行上述程序，从而实现在时刻同步部33、接收监视部34、帧接收部31及帧发送部32中由通信接口103实现的功能之外的部分。
48.上述程序可以是以预先储存于存储装置102的状态提供给用户的方式，也可以是以写入至能够由计算机等读取的记录介质，例如cd(compact disc)
‑
rom、dvd(digital versatile disc)
‑
rom等的状态供给给用户，由用户安装于存储装置102的方式。
49.如以上说明所述，根据本实施方式，在连接有不支持ieee 1588的交换集线器2的通信系统4中，进行时刻同步的同步从站3a、3b在发送delayreq消息时启动接收监视计时器340。将接收监视计时器340的超时设定值设为to，将与交换集线器2连接的同步从站3a、3b的连接数量设为n，将同步从站3a、3b的delayreq消息的发送周期设为t，设为to≤t/n。同步从站3a、3b在超时设定值to内没有从同步主站1接收到delayresp消息的情况下，对delayreq消息进行重发。同步从站3a、3b在通过重发的delayreq消息完成了传输延迟时间测量的情况下，从重发delayreq消息的时刻起以发送周期t的间隔对delayreq消息进行发送。由此，在多个请求方即同步从站3a、3b连接有不支持ieee 1588的交换集线器2的通信系统4中，同步从站3a、3b也能够进行传输延迟时间的测量，能够进行时刻同步。
50.实施方式2.
51.在实施方式2中，请求方即同步从站对连接数量n进行计数，自动地对超时设定值to进行计算。对与实施方式1不同的部分进行说明。
52.图7是表示实施方式2涉及的通信系统4a的结构例的图。通信系统4a具有同步主站1、交换集线器2、与同步主站1同步的同步从站3aa、3ab。在图7所示的通信系统4a中，同步从站3aa、3ab为对与同步主站1之间的传输路径的传输延迟时间进行测量的请求方，同步主站1为响应方。
53.此外，根据通信系统的结构，同步从站有时也成为响应方。图8是表示实施方式2涉及的通信系统4aa的结构例的图。通信系统4aa具有同步主站1、交换集线器2、同步从站3ac、与同步从站3ac进行同步的同步从站3aa、3ab。在图8所示的通信系统4aa中，同步从站3aa、3ab为对与同步从站3ac之间的传输路径的传输延迟时间进行测量的请求方，同步从站3ac为响应方。在图8所示的通信系统4aa中，同步从站3ac能够按照ieee 1588的流程，对与同步主站1之间的传输路径的传输延迟时间进行测量。在本实施方式中，以图7所示的通信系统4a为例而进行说明。
54.对同步从站3aa、3ab的结构进行说明。图9是表示实施方式2涉及的同步从站3aa的结构例的图。由于同步从站3aa、3ab为相同的结构，因此以同步从站3aa为例而进行说明。同步从站3aa具有帧接收部31a、帧发送部32、时刻同步部33、接收监视部34a。
55.帧接收部31a是具有帧解析部310a、表格管理部311a、计数器312a的接收部。
56.帧解析部310a对从交换集线器2接收到的帧进行解析。帧解析部310a在接收到的帧为与时刻同步相关联的消息的情况下，将接收帧所包含的接收数据输出至时刻同步部33。在同步从站3aa为请求方的情况下，如果帧解析部310a接收到与时刻同步相关联的消息中的以同步从站3aa为目标的delayresp消息，则对接收监视部34a通知接收到delayresp消息这一内容。如果接收到与时刻同步相关联的消息中的从其它请求方即同步从站发送来的delayreq消息，则帧解析部310a对表格管理部311a通知delayreq消息所包含的表示作为发送源的同步从站的请求方识别信息。请求方识别信息例如是mac(media access control)地址等。
57.在同步从站3aa为响应方的情况下，如果帧解析部310a接收到与时刻同步相关联
的消息中的delayreq消息，则对接收时间点的时间戳值进行保存。帧解析部310a对帧发送部32通知下述内容，即，接收到所保存的时间戳值、delayreq消息所包含的表示发送源即请求方的delayreq消息的发送源信息、及delayreq消息。
58.表格管理部311a将从帧解析部310a通知的请求方识别信息登记于表格管理部311a所具有的请求方表格。表格管理部311a在请求方识别信息被新登记至请求方表格的情况下，使计数器312a的计数加1。计数器312a的计数值的初始值为1。关于登记于请求方表格中的请求方识别信息，表格管理部311a在所规定的时间内没有从帧解析部310a通知来相同的请求方识别信息的情况下，从请求方表格删除相应的请求方识别信息，使计数器312a的计数减1。
59.帧解析部310a或表格管理部311a对接收监视部34a通知计数器312a的计数值。这样，在同步从站3aa中，帧接收部31a根据由其它请求方即同步从站发送的delayreq消息的接收数量，对与交换集线器2连接的请求方即同步从站的连接数量n进行计数。
60.接收监视部34a具有接收监视计时器340a、超时值设定部341a。
61.超时值设定部341a使用从帧接收部31a通知的计数器312a的计数值，对接收监视计时器340a的超时设定值to进行计算。具体而言，超时值设定部341a将计数器312a的计数值设为连接数量n，对接收监视计时器340a的超时设定值to进行计算，以使得成为to≤t/n。超时值设定部341a对接收监视计时器340a通知计算出的接收监视计时器340a的超时设定值to。
62.接收监视计时器340a是用于对delayresp消息的接收进行监视的计时器。接收监视计时器340a的超时设定值to为从超时值设定部341a通知的值。
63.这样，接收监视部34a使用由帧接收部31a计数出的连接数量n、及发送周期t，对超时设定值to进行计算。
64.接下来，对同步从站3aa、3ab的动作进行说明。图10是表示实施方式2涉及的同步从站3aa的接收监视部34a对超时设定值to进行计算的动作的流程图。由于同步从站3aa、3ab进行相同的动作，因此以同步从站3aa为例而进行说明。
65.在接收监视部34a中，超时值设定部341a从帧接收部31a取得计数器312a的计数值(步骤s41)。超时值设定部341a将计数器312a的计数值设为连接数量n，使用连接数量n、及帧发送部32的发送周期计时器320的发送周期t，对成为to≤t/n的超时设定值to进行计算(步骤s42)。超时值设定部341a对接收监视计时器340a通知计算出的超时设定值to(步骤s43)。由于使用了超时设定值to的接收监视部34a的监视动作与图4所示的实施方式1的接收监视部34的监视动作相同，因此省略详细的说明。
66.关于同步从站3aa，与实施方式1的同步从站3a相同，由图6所示的硬件结构实现。
67.如以上说明所示，根据本实施方式，同步从站3aa、3ab根据接收到的来自其它同步从站的delayreq消息的数量求出与交换集线器2连接的请求方的连接数量n，使用连接数量n对接收监视计时器340a的超时设定值to进行计算。由此，同步从站3aa、3ab能够自动地对接收监视计时器340a的超时设定值to进行计算。其结果，用户无需由于通信系统4a的结构的差异而对超时设定值进行计算而变更，能够容易地运用通信系统4a。
68.以上实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也可以与其它的公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也可以省略、变更结构的一部分。
69.标号的说明
70.1同步主站，2交换集线器，3a、3b、3c、3aa、3ab、3ac同步从站，4、4a、4a、4aa通信系统，31、31a帧接收部，32帧发送部，33时刻同步部，34、34a接收监视部，310、310a帧解析部，311a表格管理部，312a计数器，320发送周期计时器，330时刻计数器，340、340a接收监视计时器，341a超时值设定部。