(57)【要約】      （修正有）【課題】マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期させることのできる情報通信システムを提供する。【解決手段】情報通信システムにおいて、マスター装置は、スレーブ装置との同期を図るための同期情報を一定間隔で送信する。スレーブ装置は、制御部において、受信タイミング検出部と、クロックと、同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を求める受信間隔演算部５６と、複数の受信間隔から平均受信間隔を求める平均演算部５７と、平均受信間隔を求める際の受信間隔のサンプル数を決定するサンプル数決定部５８と、平均受信間隔とサンプル数と受信タイミングとに基づいて、受信タイミング検出部で検出した過去の受信タイミングと当該タイミングに対応する過去の同期タイミングとの誤差である同期誤差が最小となるように、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次周期の同期タイミングを求める同期タイミング推定部５９と、を有する。【選択図】図３
2020053737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報通信によりマスター装置に対してスレーブ装置が同期を図る情報通信システムであって、
前記マスター装置は、前記スレーブ装置との同期を図るための同期情報を一定間隔で送信し、
前記スレーブ装置は、
情報を受信する受信器と、
前記受信器により受信される前記マスター装置から送信された同期情報の受信タイミングを検出する受信タイミング検出部と、
所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、
前記同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を求める受信間隔演算部と、
複数の前記受信間隔から平均受信間隔を求める平均演算部と、
前記平均受信間隔を求める際の前記受信間隔のサンプル数を決定するサンプル数決定部と、
前記平均受信間隔と前記サンプル数と前記受信タイミングとに基づいて、前記受信タイミング検出部で検出した過去の前記受信タイミングと当該タイミングに対応する過去の同期タイミングとの誤差である同期誤差が最小となるように、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次周期の同期タイミングを求める第１の同期タイミング推定部と、
を有すること、
を特徴とする情報通信システム。
【請求項２】
前記第１の同期タイミング推定部は、
前記同期誤差の二乗和が最小となる前記次周期の同期タイミングを下記の式（１）から求めること、
を特徴とする請求項１記載の情報通信システム。
【数１】
2020053737.tif 000011
【請求項３】
前記受信間隔演算部で求めた前記受信間隔の不偏分散をｓとし、前記サンプル数をＮとしたとき、
前記サンプル数決定部は、
前記平均受信間隔の標準誤差である（ｓ／√Ｎ）が前記情報通信システムの要求精度以下となる最小の自然数Ｎを求めること、
を特徴とする請求項１又は２記載の情報通信システム。
【請求項４】
前記第１の同期タイミング推定部は、
前記次周期の同期タイミングと前記平均受信間隔とから、前記次周期の同期タイミングより後の前記同期タイミングを推定すること、
を特徴とする請求項１〜３の何れか記載の情報通信システム。
【請求項５】
前記スレーブ装置は、
前記マスター装置と直前に同期した同期タイミングを記憶した同期タイミング記憶部と、
前記直前に同期した同期タイミングの次に同期する次回の同期タイミングを推定する第２の同期タイミング推定部と、
を有し、
前記受信間隔演算部は、前記同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を、前記クロックのクロック周期数として求め、
前記第２の同期タイミング推定部は、
縦軸を前記受信間隔とし、横軸を前記受信間隔のサンプル数としたとき、直前の前記受信間隔から変化のあった複数の受信間隔のうちの二点を通る傾きｄ／ｐの直線のうち、前記ｐが最大となる傾きｄ／ｐを求め、当該二点を通る当該傾きｄ／ｐの直線式を求める直線演算部と、
前記直線式上における実数で表される次回の前記受信間隔を求める受信間隔推定部と、
前記受信間隔推定部で求めた前記受信間隔の小数部を四捨五入して次回の前記受信間隔とする受信間隔補正部と、
前記直前に同期した同期タイミングと、前記受信間隔補正部により求めた前記次回の前記受信間隔とから、前記次回の同期タイミングを求める同期タイミング算出部と、
を有すること、
を特徴とする請求項１〜４の何れか記載の情報通信システム。
【請求項６】
前記マスター装置は、
情報を送信する送信器と、
情報を受信する受信器と、
前記送信器により送信される前記情報の送信タイミングを検出する送信タイミング検出部と、
前記受信器により受信される前記情報の受信タイミングを検出する受信タイミング検出部と、
所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、
を有し、
前記スレーブ装置は、
情報を送信する送信器と、
前記送信器により送信される前記情報の送信タイミングを検出する送信タイミング検出部と、
前記マスター装置から送信され、自身で受信するまでの前記同期情報の到達時間を算出する到達時間算出部と、
前記到達時間の分、前記マスター装置との同期タイミングを補正する同期タイミング補正部と、
を更に有し、
前記マスター装置から前記スレーブ装置への前記同期情報を通信する際の、前記マスター装置の前記送信タイミングをｔｔ，ｍとし、前記スレーブ装置の前記受信タイミングをｔｒ，ｓとし、
前記スレーブ装置から前記マスター装置への別の前記同期情報を通信する際の、前記スレーブ装置の前記送信タイミングをｔｔ，ｓとし、前記マスター装置の前記受信タイミングをｔｒ，ｍとすると、
前記マスター装置の前記送信器は、
前記同期情報の送信タイミングｔｔ，ｍ及び前記スレーブ装置からの前記別の前記同期情報の前記受信タイミングｔｒ，ｍ、又は、送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）と、
前記同期情報の送信間隔での前記クロックのクロック周期数ｐｍを含む情報と、
を前記スレーブ装置に送信し、
前記到達時間算出部は、
前記同期情報の受信間隔での前記スレーブ装置の前記クロックのクロック周期数をｐｓとすると、下記の式（２）に基づいて前記同期情報の前記マスター装置から前記スレーブ装置への到達時間ｔｄ，ｓを算出すること、
を特徴とする請求項１〜５の何れか記載の情報通信システム。
【数２】
2020053737.tif 000012
【請求項７】
前記到達時間算出部は、
前記マスター装置の前記送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）に前記クロック周期数ｐｓ／前記クロック周期数ｐｍを乗算して前記スレーブ装置の時間に変換すること、
を特徴とする請求項６記載の情報通信システム。
【請求項８】
前記マスター装置は、
前記同期情報及びその送信タイミングを複数回連続して前記スレーブ装置に送信し、
前記スレーブ装置は、前記複数回の前記同期情報を連続して受信し、
前記同期情報の前記送信タイミングと前記受信タイミングのリストから、前記送信タイミングと前記受信タイミングの対応関係を直線近似により近似する近似部と、
前記直線近似した前記対応関係に基づいて、同期タイミングを推定する第３の同期タイミング推定部と、
を有すること、
を特徴とする請求項１〜７の何れか記載の情報通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の情報通信装置を含み、情報通信装置間を通信により同期する情報通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の情報通信装置間の一般的な時刻同期方法として、例えば、非特許文献１のＩＥＥＥ１５８８  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）が知られている。非特許文献１では、基準時刻を持つマスター装置と、マスター装置の時刻に時刻同期するスレーブ装置とが定義され、マスター装置とスレーブ装置との間で定期的に時刻同期用パケットを交換することでスレーブ装置の時刻を補正する。
【０００３】
具体的には、マスター装置からスレーブ装置に送信されるパケットのマスター装置の時刻とスレーブ装置の受信時刻、並びにスレーブ装置からマスター装置に送信されるパケットのスレーブ装置の送信時刻とマスター装置の受信時刻を用いて、スレーブ装置においてマスター装置とスレーブ装置との時差である時刻オフセットを推定して補正する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｃｌｏｃｋ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ．”ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  １５８８−２００８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＩＥＥＥ  １５８８（ＰＴＰ）では、マスター装置とスレーブ装置のクロック間の周波数偏差については考慮されておらず、高精度の同期ができなかった。すなわち、マスター装置とスレーブ装置は、装置の動作の源振となるクロックを独立にそれぞれ有している。各クロックの公称周波数が同じでも、マスター装置のクロックとスレーブ装置のクロックは個体差があるため、実際には周波数が異なり、クロック間で周波数偏差が存在し得る。そのため、マスター装置とスレーブ装置では時の刻み方が異なることにより、時間の流れ方が異なっている。
【０００６】
上記のＩＥＥＥ１５８８  ＰＴＰシステムでは、各装置で時間の流れ方が微妙に異なっているにも関わらず、スレーブ装置がマスター装置から送信されたマスター装置の時刻をそのまま用いて時刻同期しようとしているため、マスター装置とスレーブ装置の同期タイミングにズレが発生し、高精度の同期ができなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期させることのできる情報通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の情報通信システムは、情報通信によりマスター装置に対してスレーブ装置が同期を図る情報通信システムであって、前記マスター装置は、前記スレーブ装置との同期を図るための同期情報を一定間隔で送信し、前記スレーブ装置は、情報を受信する受信器と、前記受信器により受信される前記マスター装置から送信された同期情報の受信タイミングを検出する受信タイミング検出部と、所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロックと、前記同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を求める受信間隔演算部と、複数の前記受信間隔から平均受信間隔を求める平均演算部と、前記平均受信間隔を求める際の前記受信間隔のサンプル数を決定するサンプル数決定部と、前記平均受信間隔と前記サンプル数と前記受信タイミングとに基づいて、前記受信タイミング検出部で検出した過去の前記受信タイミングと当該タイミングに対応する過去の同期タイミングとの誤差である同期誤差が最小となるように、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次周期の同期タイミングを求める第１の同期タイミング推定部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マスター装置とスレーブ装置とを高精度に同期することのできる情報通信システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る情報通信システムの模式図である。
【図２】第１実施形態に係る情報通信システムを構成する情報通信装置の機能ブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る情報通信システムの通信の態様を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図６】縦軸を受信間隔とし、横軸を受信間隔のサンプル数とした受信間隔のグラフである。
【図７】第３実施形態に係る情報通信システムの通信の態様を示す図である。
【図８】第３実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図９】第４実施形態に係る情報通信システムの通信の態様を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係るスレーブ装置の制御部の機能ブロック図である。
【図１１】第４実施形態に係る情報通信システムの通信の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態に係る情報通信システムについて、図１〜図１１を用いて説明する。
【００１２】
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１は、第１実施形態に係る情報通信システムの模式図である。図２は、第１実施形態に係る情報通信システムを構成する情報通信装置の機能ブロック図である。
【００１３】
本実施形態に係る情報通信システム１００は、複数の情報通信装置１からなり、各装置が情報通信により同期を図る。マスター装置となる情報通信装置１に対し、スレーブ装置となる情報通信装置１が同期する。マスター装置とは、情報通信システム１００において他の情報通信装置１と同期される対象となる情報通信装置１である。スレーブ装置とは、情報通信システム１００においてマスター装置である他の情報通信装置１に対して同期する情報通信装置１である。マスター装置からスレーブ装置への同期を図るための同期情報の送受信を介してスレーブ装置がマスター装置に同期する。
【００１４】
以下では、マスター装置となる情報通信装置１をマスター装置１ａとし、スレーブ装置となる情報通信装置１をスレーブ装置１ｂとする。
【００１５】
マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂは、有線又は無線で情報を通信する。無線の通信としては、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いることができる。ここでは、情報通信装置１は、無線で情報を送信及び受信することで同期を図る例を説明する。
【００１６】
また、以下では、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂは、共通の構成を有するとして説明するが、例えば、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの一方向の通信のみを行う場合、送信を行うマスター装置１ａは、受信を行うための後述する受信器１２、受信タイミング検出部１４は必ずしも必要ではなく、受信を行うスレーブ装置１ｂは、送信を行うための後述する送信器１１、送信タイミング検出部１３は必ずしも必要ではない。
【００１７】
（情報通信装置）
情報通信装置１は、コンピュータを含み構成されており、プログラムをＨＤＤやＳＳＤ等に記憶しており、ＣＰＵで処理することにより、後述する制御部において必要な演算を行う。
【００１８】
具体的には、情報通信装置１は、通信部１０、クロック２０、時計３０、記憶部４０、制御部５０、外部インターフェイス７０を有する。例えば、通信部１０、クロック２０、時計３０、記憶部４０、制御部５０及び外部インターフェイス７０は、ハードウェアとして構成される。制御部５０はソフトウェアとして構成しても良い。制御部５０のどの部分をソフトウェアとして構成するかは適宜設計変更可能である。
【００１９】
通信部１０は、他の装置１との間で情報を送受信する。通信部１０は、送信器１１、受信器１２、送信タイミング検出部１３、受信タイミング検出部１４を有する。
【００２０】
送信器１１は、入力された情報を送信する機器である。具体的には、送信器１１は、情報を最小構成要素に時系列に分解の上、当該情報を外部へ送信する。情報のパケット長（通信情報量）は任意であり、通信毎に異なっていても良い。
【００２１】
受信器１２は、外部から情報を受信する機器である。具体的には、受信器１２は、装置１外部から受信した、最小構成要素に時系列に分解された情報を再構成し、装置１内の他の構成へ出力する。
【００２２】
なお、図２に示すように、送信器１１及び受信器１２にそれぞれアンテナを設けても良いし、１本のアンテナを、切り替えスイッチを介して設けても良い。送信器１１と受信器１２は、何れか一方が動作している間は他方は動作させないようにしても良いし、双方を同時に動作させても良い。
【００２３】
送信タイミング検出部１３は、送信器１１により送信される情報の所定情報要素位置の送信タイミングを検出する。この送信タイミングは、後述のクロック２０のクロック周期をベースとして検出される。つまり、送信タイミングは、クロック周期の整数倍として表現される。
【００２４】
また、送信タイミング検出部１３は、その検出結果を装置１内の他の構成へ出力する。ここにいう情報とは、例えばパケットであり、この場合、所定情報要素位置とは、ビット位置である。例えば、送信タイミング検出部１３は、情報が８個の最小構成要素に時系列に分解される場合、３番目の情報要素位置（ビット位置）が送信されるタイミングを検出し、３番目の情報要素位置（ビット位置）が送信されたタイミングを外部へ出力する。
【００２５】
受信タイミング検出部１４は、受信器１２により受信される情報の所定情報要素位置の受信タイミングを検出する。この受信タイミングは、後述のクロック２０のクロック周期をベースとして検出される。つまり、受信タイミングは、クロック周期の整数倍として表現される。
【００２６】
また、受信タイミング検出部１４は、その検出結果を装置１内の他の構成へ出力する。例えば、受信タイミング検出部１４は、情報が８個の最小構成要素に時系列に分解される場合、３番目の情報要素位置（ビット位置）が受信されるタイミングを検出し、３番目の情報要素位置（ビット位置）が受信されたタイミングを外部へ出力する。
【００２７】
なお、上記の送信タイミング及び受信タイミングの例では、何れも同じ最小構成要素の位置を検出することとしたが、例えば、送信機となる情報通信装置１の送信タイミング検出部１３は５番目の要素を検出し、受信機となる情報通信装置１の受信タイミング検出部１４は８番目の要素を検出するなど、送受信する装置１間において各タイミング検出で所定関係（例えば間隔（ここでは３つ））を保つのであれば、必ずしも同じ位置を検出しなくても良い。
【００２８】
クロック２０は、所定の周波数を発振し、装置１各部の動作タイミングを与えるための信号を出力する。これにより、装置１内の各部は、クロック２０に同期して動作する。このクロック２０は、固有の有限な発振周波数許容偏差を有する。つまり、クロック２０は、所定の発振周波数（例えば１０ＭＨｚ）に対する誤差（例えば２０ｐｐｍ）を有する。クロック２０としては、例えば、水晶振動子などの周波数固定の発振器を用いることができる。
【００２９】
クロック２０は、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとで公称周波数が同じでも、実際には個体差が存在する。すなわち、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂのクロック２０の周波数間には周波数偏差が存在する。
【００３０】
時計３０は、クロック２０の出力信号を源振として刻時し、相対的な時刻を出力する。時計３０の相対的な時刻の出力は、例えば外部からの要求に応じて行う。
【００３１】
記憶部４０は、ＨＤＤ、ＳＤＤ、メモリ、レジスタなどの記録媒体である。記憶部４０は、制御部５０で演算を行うのに必要な情報が記憶され又は記憶する。後述の受信タイミング又は受信タイミングに対応する時計３０の時刻は、ＣＰＵ又はソフトウェアを介さず、ハードウェアのみのアクセスで保持できる記録媒体に保持すると良い。ソフトウェアに起因するジッターを排除できるからである。なお、送受信タイミングと時刻との対応付けにおいてソフトウェアのジッターを受けないことが重要であり、送受信タイミングと時刻とが対応付けられた後は、低速なアクセス領域に記憶されても良い。ここでは、記憶部４０としてのメモリは、任意の情報を入出力し、当該情報を指定された記憶領域へ記憶する。情報の記憶は、外部からの記憶要求により行われるが、その際に記憶する情報と記憶領域が入力される。情報の参照は、外部からの参照要求により行われるが、その際に参照情報の記憶領域が入力され、その入力により指定された記憶領域の情報を出力する。情報の記憶の保持は、本装置の動作中のみであっても、動作停止時も含めて永続的であっても良い。
【００３２】
外部インターフェイス７０（以下、外部Ｉ／Ｆ７０ともいう。）は、本装置１内部と外部を接続し、任意の情報を入出力する。情報としては、例えば送受信データや時計３０の時刻である。外部Ｉ／Ｆ７０は、例えば、記憶部４０に記憶させる情報を外部から取得する。また、外部Ｉ／Ｆ７０は、受信タイミング検出部１４により検出した受信タイミングから送信タイミング検出部１３が検出する送信タイミングまでの時間を外部から取得し、当該時間を後述するスケジューラ５５で用いてもよい。
【００３３】
図３は、制御部５０の機能ブロック図である。制御部５０は、本装置１各部の動作全般を制御する。制御部５０は、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂとで共通する構成と異なる構成がある。マスター装置１ａにはスレーブ装置１ｂ特有の構成は不要であり、また、スレーブ装置１ｂには、マスター装置１ａ特有の構成は不要である。但し、１つの情報通信装置１でマスター装置１ａとしての機能とスレーブ装置１ｂとしての機能の両方を有していても良い。例えば、２つの情報通信装置１間でマスター装置１ａとしての立場、スレーブ装置１ｂとしての立場が逆転しても良い。また、１つの情報通信装置１が他の情報通信装置１との関係ではマスター装置１ａとして機能し、別の情報通信装置１（マスター装置１ａ）との関係ではスレーブ装置１ｂとして機能しても良い。
【００３４】
（マスター装置の制御部）
マスター装置１ａの制御部５０は、主制御部５１、送受信データＩ／Ｆ５２、通信制御部５３、時刻記録部５４、スケジューラ５５を有する。
【００３５】
主制御部５１は、制御部５０内の各部と連携されており、制御部５０内の各部の動作を統制する。送受信データＩ／Ｆ５２は、記憶部４０や外部Ｉ／Ｆ７０の情報を装置１外部へ送受信可能な形式にする。また、送受信データＩ／Ｆ５２は、装置１外部から受信した情報を制御部５０及び記憶部４０に適した形式にする。
【００３６】
通信制御部５３は、通信部１０の動作を統制する。通信制御部５３は、通信部１０と制御部５０との間で送受信情報の入出力をする。
【００３７】
時刻記録部５４は、受信タイミング検出部１４により受信された情報の所定情報要素位置の受信タイミングと、当該受信タイミングにおける時計３０の時刻とを対応付けて、メモリに記憶させる。この対応付けは、例えば、時刻記録部５４が、受信タイミング検出部１４から、受信された情報の所定情報要素位置の受信タイミングが検出された旨の信号を受けて、時計３０の時刻を参照し、当該時刻と受信タイミングとを対応付ける。また、時刻記録部５４は、受信タイミングに対応する時刻を、当該受信する情報に載せる時刻付加部でもある。時刻記録部５４は、受信と同様に、送信タイミング検出部１３により送信された情報の所定要素位置の送信タイミングと、当該送信タイミングにおける時計３０の時刻とを対応付けて、メモリに記憶させる。
【００３８】
このように、本実施形態において、「時刻」は、情報の所定情報要素位置の検出された送信タイミング又は受信タイミングに対応する時計３０の時刻をいい、「時間」は、当該時刻の差分をいう。
【００３９】
スケジューラ５５は、予め設定されたスケジュールで送信器１１に情報を送信させる。例えば、スケジューラ５５は、一定間隔で同期情報を送信器１１に送信させる。スケジューラ５５は、情報を受信してから送信するまでのスケジュールを管理する。すなわち、スケジューラ５５は、予め設定された受送信間隔で情報を送信する。スケジューラ５５は、外部Ｉ／Ｆ７０を介して、情報の送信間隔又は受送信間隔を変更しても良い。
【００４０】
（スレーブ装置の制御部）
スレーブ装置１ｂの制御部５０は、主制御部５１、送受信データＩ／Ｆ５２、通信制御部５３、時刻記録部５４、受信間隔演算部５６、平均演算部５７、サンプル数決定部５８、同期タイミング推定部５９を有する。各部５１〜５４については、マスター装置１ａの各部５１〜５４と同じ構成であるので、説明は省略する。
【００４１】
受信間隔演算部５６は、マスター装置１ａから受信された同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を求める。この受信タイミングは、受信タイミング検出部１４により検出されたタイミングであり、時刻記録部５４により時刻として記憶部４０に記憶されている。すなわち、受信間隔演算部５６は、時系列で隣接する受信タイミングの時刻を記憶部４０から読み出し、各時刻の差分を演算することで受信間隔を求める。マスター装置１ａからは同期情報が一定間隔で受信されており、受信間隔演算部５６は、隣接する同期情報の受信タイミングから、複数の受信間隔を求める。求めた受信間隔は記憶部４０で記憶される。
【００４２】
平均演算部５７は、受信間隔演算部５６により演算された複数の受信間隔から平均の受信間隔（以下、「平均受信間隔」という。）を求める。平均演算部５７は、受信間隔が求められる度に、平均受信間隔を求める。すなわち、平均受信間隔は、受信間隔の移動平均である。サンプル数決定部５８は、平均演算部５７が平均受信間隔を求める際の受信間隔のサンプル数を決定する。サンプル数決定部５８の詳細は後述する。
【００４３】
同期タイミング推定部５９は、今回の同期タイミングを求める。同期タイミングとは、スレーブ装置１ｂがマスター装置１ａに同期するタイミングであり、今回の同期タイミングとは、スレーブ装置１ｂが直前に同期した同期タイミングの次にマスター装置１ａに同期する同期タイミングをいう。
【００４４】
同期タイミング推定部５９は、具体的には、平均受信間隔とサンプル数と受信タイミングとに基づいて、同期誤差が最小となるように今回の同期タイミングを求める。同期誤差は、受信タイミング検出部１４で検出した過去の受信タイミングと、当該タイミングに対応する同期タイミングとの誤差である。同期タイミング推定部５９は、この同期誤差の二乗和が最小となる今回の同期タイミングを求める。同期タイミング推定部５９の詳細は後述する。
【００４５】
また、同期タイミング推定部５９は、求めた今回の同期タイミングと、平均演算部５７で求めた平均受信間隔とから、次回の同期タイミングを推定する。次回の同期タイミングとは、今回の同期タイミングの後にスレーブ装置１ｂがマスター装置１ａに同期すべきタイミングをいう。
【００４６】
［１−２．作用］
上記の構成を有する情報通信システム１００の作用について、図４を用いて説明する。図４に示すように、マスター装置１ａは、スレーブ装置１ｂに同期情報を一定間隔で受信し、スレーブ装置１ｂは、各同期情報を受信器１２により受信し、その受信タイミングを受信タイミング検出部１４により検出する。各受信タイミングは、時刻記録部５４により時計３０の対応する時刻と対応付けられて、時系列順で記憶部４０に記憶される。
【００４７】
スレーブ装置１ｂにおいて、受信間隔演算部５６は、記憶部４０から隣接する受信タイミングを読み出し、受信間隔Ｔｒ［ｎ］を求める。スレーブ装置１ｂでｎ回目に受信した同期情報の受信タイミングをｔｒ［ｎ］とすると、受信間隔Ｔｒ［ｎ］は、式（１）で求められる。ｎは自然数である。
【数１】
2020053737.tif 000003
【００４８】
求めた各受信間隔Ｔｒ［ｎ］は、順次記憶部４０に記憶される。平均演算部５７は、受信間隔Ｔｒ［ｎ］が求められる度に、式（２）に基づいて、最新のＮ個の受信間隔Ｔｒ［ｎ］、Ｔｒ［ｎ−１］、…、Ｔｒ［ｎ−（Ｎ−１）］から平均受信間隔Ｔ［ｎ］を求める。Ｎは自然数である。
【数２】
2020053737.tif 000004
【００４９】
この際、サンプル数決定部５８は、平均受信間隔を求めるための受信間隔のサンプル数を求める。すなわち、受信間隔Ｔｒ［ｎ］の不偏分散がｓ２であるとき、平均受信間隔Ｔ［ｎ］の標準誤差ｓ／√Ｎが情報通信システム１００の要求精度ｐを満足できるサンプル数Ｎを決定する。具体的には、サンプル数決定部５８は、式（３）を満たす最小のＮを求める。なお、ｓ２＝｛１／（Ｎ−１）｝×Σｋ（Ｔｒ［ｎ−ｋ］−Ｔ［ｎ］）２  （ｋ＝０，１，…，Ｎ−１）である。
【数３】
2020053737.tif 000005
【００５０】
このように式（３）を満たすように平均受信間隔Ｔ［ｎ］を求めることにより、平均受信間隔Ｔ［ｎ］は、受信間隔Ｔｒ［ｎ］の標準誤差を所望の精度へ低減することができる。
【００５１】
同期タイミング推定部５９は、過去の受信タイミングｔｒ［ｎ−ｋ］と当該タイミングに対応する過去の同期タイミングｔ［ｎ−ｋ］との誤差である同期誤差ｅｋ［ｎ］が最小となるように、今回の同期タイミングｔ［ｎ］を求める。ここで、最新のＮ個の受信間隔Ｔｒ［ｎ］、Ｔｒ［ｎ−１］、…、Ｔｒ［ｎ−（Ｎ−１）］にそれぞれバラツキがあったとしても、平均受信間隔Ｔ［ｎ］は、平滑化されているので、受信間隔の基準尺度とすることができる。そして、この平均受信間隔Ｔ［ｎ］は同期間隔とみなせる。各装置１ａ、１ｂで動作するクロック２０の安定度（精度）は、同期情報の送受信タイミングを検出する精度よりも一般的に十分高いため、受信間隔を平均化することにより、対応する送信間隔すなわち同期間隔に漸近させることができるからである。したがって、過去の同期タイミングｔ［ｎ−ｋ］は、今回の同期タイミングｔ［ｎ］からｋＴ［ｎ］分の時間を遡ったタイミングとして規定できる。したがって、同期誤差ｅｋ［ｎ］は、式（４）のように表すことができる。
【数４】
2020053737.tif 000006
【００５２】
同期タイミング推定部５９は、この同期誤差ｅｋ［ｎ］の二乗和が最小となるｔ［ｎ］を求める。すなわち、式（５）に基づいて、今回の同期タイミングｔ［ｎ］を求める。
【数５】
2020053737.tif 000007
【００５３】
そして、平均受信間隔Ｔ［ｎ］が同期間隔とみなせるので、同期タイミング推定部５９は、式（６）に基づいて、求めた今回の同期タイミングｔ［ｎ］と平均受信間隔Ｔ［ｎ］とを加算して次回の同期タイミングｔ［ｎ＋１］を推定する。
【数６】
2020053737.tif 000008
【００５４】
以上のように、同期誤差ｅｋ［ｎ］が最小となる今回の同期タイミングｔ［ｎ］と、受信間隔の標準誤差が低減された平均受信間隔Ｔ［ｎ］とから次回の同期タイミングを求めているので、精度良く次回の同期タイミングを推定することができる。
【００５５】
（変形例）
受信間隔演算部５６は、求めた受信間隔が、予め記憶部４０に記憶された閾値を超える場合、この受信間隔を記憶部４０に記憶させないようにしても良い。スレーブ装置１ｂが何らかの要因により同期情報の受信に失敗したと考えられるためである。すなわち、スレーブ装置１ｂが何らかの要因により同期情報の受信に失敗すると、求めた受信間隔が通常時の２倍程度となり、平均受信間隔Ｔ［ｎ］の精度が低下してしまうのを防止するためである。閾値は、例えば、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔の１．５倍とする。
【００５６】
［１−３．効果］
（１）情報通信によりマスター装置１ａに対してスレーブ装置１ｂが同期を図る情報通信システム１００であって、マスター装置１ａは、スレーブ装置１ｂとの同期を図るための同期情報を一定間隔で送信し、スレーブ装置１ｂは、情報を受信する受信器１２と、受信器１２により受信されるマスター装置１ａから送信された同期情報の受信タイミングを検出する受信タイミング検出部１４と、所定の周波数により発振し、装置内の各部の動作タイミングを与えるクロック２０と、同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を求める受信間隔演算部５６と、複数の受信間隔から平均受信間隔を求める平均演算部５７と、平均受信間隔を求める際の受信間隔のサンプル数を決定するサンプル数決定部５８と、平均受信間隔とサンプル数と受信タイミングとに基づいて、受信タイミング検出部１４で検出した過去の受信タイミングと当該タイミングに対応する過去の同期タイミングとの誤差である同期誤差が最小となるように、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次周期の同期タイミングを求める同期タイミング推定部５９と、を有するようにした。具体的には、同期タイミング推定部５９は、同期誤差の二乗和が最小となる次周期の同期タイミングを上記の式（５）から求めるようにした。これにより、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂを高精度に同期することができる。
【００５７】
（２）受信間隔演算部５６で求めた前記受信間隔の不偏分散をｓとし、前記サンプル数をＮとしたとき、サンプル数決定部５８は、平均受信間隔の標準誤差である（ｓ／√Ｎ）が情報通信システムの要求精度以下となる最小の自然数Ｎを求めるようにした。これにより、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂを高精度に同期することができる。
【００５８】
（３）同期タイミング推定部５９は、次周期の同期タイミングと平均受信間隔とから、次周期の同期タイミングより後の同期タイミングを推定するようにした。これにより、精度の高い次周期の同期タイミングと、標準誤差が低減された平均受信間隔とを用いて将来の同期タイミングを求めるため、将来の同期タイミングを精度良く推定することができる。
【００５９】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
第２実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と基本構成は同じである。よって、第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と同じ部分については詳細な説明は省略する。
【００６０】
第２実施形態のスレーブ装置１ｂの記憶部４０は、マスター装置１ａと直前に同期した同期タイミングを記憶する。すなわち、この記憶部４０は、時刻記録部５４が時計３０を参照し、当該同期タイミングに対応する時計３０の時刻を記憶する。
【００６１】
また、本実施形態の受信間隔演算部５６は、受信間隔をクロック２０のクロック周期数として求める。つまり、受信間隔演算部５６は、クロック２０のクロック周期を最小単位としてクロック周期の整数倍として受信間隔を求める。受信間隔演算部５６は、時系列で隣接する受信タイミングの時刻の差分が実数であったとしても、その実数の整数部を受信間隔とする。換言すれば、当該差分の実数の小数部は切り捨てる。例えば、当該差分がクロック周期の１０．５個分であったとして、受信間隔はクロック周期の１０個分とする。
【００６２】
図５は、第２実施形態に係る制御部５０の機能ブロック図である。本実施形態の制御部５０は、同期タイミング推定部６０を有する。同期タイミング推定部６０は、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次回の同期タイミングを推定する。
【００６３】
この同期タイミング推定部６０は、直線演算部６０ａ、受信間隔推定部６０ｂ、受信間隔補正部６０ｃ、及び同期タイミング算出部６０ｄを有する。直線演算部６０ａは、縦軸を受信間隔とし、横軸を受信間隔のサンプル数としたとき、直前の受信間隔から変化のあった複数の受信間隔のうちの少なくとも二点を通る傾きが最大となる直線式を求める。具体的に図６を用いて説明する。
【００６４】
図６は、縦軸を受信間隔とし、横軸を受信間隔のサンプル数とした受信間隔のグラフである。格子点上の黒丸は、受信間隔演算部５６により求めた受信間隔をグラフ上にプロットしたものである。グラフの格子点は横軸の値も縦軸の値も整数である。「直前の受信間隔から変化のあった受信間隔」（単に「変化受信間隔」という。）とは、対象の受信間隔とその１つ前のサンプルの受信間隔との差分がゼロでない受信間隔である。図６では、変化受信間隔は、階段状にプロットされた受信間隔のうち、傾きが正の場合は、一段上がった点線で囲まれる点であり、傾きが負の場合は一段下がる前の点線で囲まれる点である。
【００６５】
直線演算部６０ａは、複数の変化受信間隔のうちの二点を通る傾きｄ／ｐの直線のうち、ｐが最大となる傾きｄ／ｐを求め、当該二点を通る当該傾きｄ／ｐの直線式を求める。ｐは当該二点間の横軸の間隔であり、ｄは当該二点間の縦軸の間隔である。この直線式で表される直線は、図６に示すように、少なくとも二点の受信間隔が当該直線上に位置し、他の大部分の受信間隔が当該直線上の位置かそれより下側に位置する直線である。このように求めた直線式で表される直線は、理想的には、少なくとも二点の受信間隔が当該直線上に位置し、他の全ての受信間隔が当該直線上の位置かそれより下側に位置する直線である。
【００６６】
直線演算部６０ａは、直線式を求めるための複数の変化受信間隔を、所定の期間で得られた受信間隔から抽出する。例えば、受信間隔が単調増加する期間や、受信間隔が単調減少する期間から抽出する。図６に示すように、受信間隔が単調増加する期間から複数の変化受信間隔を抽出して直線演算部６０ａが直線式の傾きが正の直線式を求めた後、受信間隔が単調減少する場合には、それまでの受信間隔をリセットし、受信間隔が単調減少する期間から複数の変化受信間隔を抽出し、傾きが負の直線式を求める。
【００６７】
受信間隔推定部６０ｂは、直線演算部６０ａで求めた直線式上における次回の受信間隔を求める。この次回の受信間隔は、時系列上の最後に求めた受信間隔の次の受信間隔であり、受信間隔の推定値である。言い換えると、次回の受信間隔は、次に受信するであろう同期情報の受信タイミングと、その直前に検出された受信タイミングとの間隔である。この次回の受信間隔は、例えば、直線式を求めるための受信間隔のサンプル数が１０である場合、１１個目の受信間隔である。次回の受信間隔は実数である。
【００６８】
受信間隔補正部６０ｃは、受信間隔推定部６０ｂで求めた推定値である次回の受信間隔の小数部を四捨五入することにより補正し、この補正した受信間隔を次回の受信間隔とする。推定値である次回の受信間隔は、実数であり、例えば１０．５の場合は、次回の受信間隔を１１とし、１０．３の場合は、次回の受信間隔を１０とする。
【００６９】
同期タイミング算出部６０ｄは、次回の同期タイミングを求める。具体的には、同期タイミング算出部６０ｄは、記憶部４０を参照して、直前に同期したタイミングを読み出し、受信間隔補正部６０ｃにより求めた次回の受信間隔とから、次回の同期タイミングを求める。より詳細には、直前に同期したタイミングに、受信間隔補正部６０ｃにより求めた次回の受信間隔を加算することにより次回の同期タイミングを算出する。
【００７０】
［２−２．作用］
本実施形態の情報通信システム１００の作用について説明する。マスター装置１ａのクロック２０とスレーブ装置１ｂのクロック２０は、公称周波数が同じでも、個体差により実際には周波数偏差が存在する。また、同期情報の送受信タイミングは、各装置１ａ、１ｂのクロック周期の数をベースにサンプリングされる。すなわち、送信タイミングの間隔、受信タイミングの間隔、同期タイミングの間隔は、クロック周期の整数倍で表現される。
【００７１】
そのため、クロック周期数が同じ期間であっても、進みや遅れによって、その期間の長さは両装置１ａ、１ｂで異なる。例えば、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔を当該装置１ａのクロック２０のクロック周期１０個分としても、スレーブ装置１ｂの同期情報の受信間隔は、周波数偏差により、当該装置１ｂのクロック２０のクロック周期９個分となったり、１１個分となったりし得る。そのため、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔とスレーブ装置１ｂの同期情報の受信間隔が不一致となり、同期タイミングにズレが発生する。
【００７２】
本実施形態では、マスター装置１ａは、同期情報を一定間隔（つまり、装置１ａのクロック２０で一定のクロック周期数）でスレーブ装置１ｂに送信し、スレーブ装置１ｂは、その同期情報の受信間隔を、装置１ｂのクロック２０のクロック周期数として求める。しかし、この受信間隔は、クロック周期を最小単位として求められたものであり、クロック周期の整数倍でしか表現されない。すなわち、受信間隔に含まれていたであろう小数部が切り捨てられて、受信間隔がクロック周期の整数倍で表現される。
【００７３】
そのため、真の受信間隔（言い換えると、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔とも言える）は、受信間隔演算部５６で求めた各受信間隔以上の値であると推定される。例えば、図６のグラフで言えば、真の受信間隔（送信間隔）は、所定期間内で受信間隔演算部５６により求めた黒丸で示す各受信間隔と同じ位置か、各受信間隔よりも上側に存在すると推定される。
【００７４】
そのため、本実施形態では、直線演算部６０ａにより、真の受信間隔（送信間隔）を示す直線式を推定している。このような直線式を求めるために、直線演算部６０ａは、変化受信間隔を複数ピックアップし、その中から二点を通る傾きｄ／ｐの直線のうち、ｐが最大となる傾きｄ／ｐを求め、当該二点を通る当該傾きｄ／ｐの直線式を求めている。この直線式によれば、所定期間内で受信間隔演算部５６により求めた全て受信間隔は、理想的には、この直線式で表される直線上に存在するか、当該直線よりも下側に存在する。但し、一部の受信間隔が当該直線より上側に位置していても良く、求めた直線式により真の直線式を精度良く推定できる。このように精度良く推定できる理由は、次の通りである。すなわち、所定期間で得られる傾きｄ／ｐの最大値と最小値の間に真の直線の傾きが存在するが、その真の直線の傾きを知らない以上、誤差が最小となる傾きｄ／ｐを特定することは難しい。そこで、本実施形態では、真の直線の傾きを推定する方法として、変化受信間隔の二点を通る直線のうち、ｐが最大（つまり、所定期間の中の両端の変化受信間隔）となる傾きを求め、当該二点を通る直線式を求めている。傾きｄ／ｐは有理数であり、有理数は分母が大きければ分解能も大きくなり、ｐを大きくすることで値の精度を向上できるからである。
【００７５】
また、受信間隔推定部６０ｂにより、直線式から真の次回の受信間隔と推定される間隔を求める。この間隔は実数である。その一方、タイミングがクロック周期を最小単位として決められる。そのため、求めた間隔の小数部を受信間隔補正部６０ｃにより四捨五入して補正することにより次回の受信間隔を求めている。つまり、この次回の受信間隔は、受信間隔推定部６０ｂで求めた間隔の整数部である。
【００７６】
そして、同期タイミング算出部６０ｄにより、直線に同期した同期タイミングに、受信間隔補正部６０ｃにより求めた次回の受信間隔を加算して次回の同期タイミングを求めている。
【００７７】
送信タイミングや受信タイミングを、クロック２０のクロック周期を基準として検出すると、スレーブ装置１ｂがマスター装置１ａに一時的に同期したとしても、その後の装置１ａ、１ｂの周波数偏差の積み重ねにより、送信間隔と受信間隔にクロック周期数に違いが生じてくる。しかも、その違いは、受信タイミングがクロック周期を基準として検出され、受信間隔がクロック周期の整数倍でしか表現できない以上、クロック周期以上にならないと受信間隔に現れない。換言すれば、クロック周期程度の同期誤差が発生してしまう。
【００７８】
これに対し、本実施形態では、直線演算部６０ａ、受信間隔推定部６０ｂにより、真の次回の受信間隔を推定し、当該推定値の小数部が０．５以上であれば、受信間隔補正部６０ｃにより装置１ｂのクロック２０のクロック周期１つ分繰り上げて、次回の受信間隔としている。また，当該推定値の小数部が０．５未満であれば、小数部を切り捨て、当該推定値の整数部を次回の受信間隔としている。このように補正された受信間隔は、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔と推定されることから、同期タイミング算出部６０ｄにより直前に同期した同期タイミングにこの受信間隔を加算することで、次回の同期タイミングを精度良く求めることができる。
【００７９】
すなわち、受信間隔補正部６０ｃでは、推定した真の次回の受信間隔に最も近い整数の受信間隔に補正しているので、同期誤差がクロック周期の半分以下に抑えることができる。例えば、真の次回の受信間隔がクロック周期１０．９個分であっても、従来では、クロック周期１０個分となり、同期誤差がクロック周期程度発生してしまうが、本実施形態ではクロック１１個分と補正するので、同期誤差がクロック周期の半分以下となる。
【００８０】
また、同期周期をＴとしたとき、スレーブ装置１ｂの同期タイミングが、マスター装置１ｂの同期タイミングを中心とした±Ｔ／２区間に一様分布するとすれば、その同期精度は同期誤差の標準偏差であるため、約０．３Ｔと求めることができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態によれば、最小二乗法などの統計的な手法よりも、少ないサンプル数で同期精度を高精度化することができる。
【００８２】
また、直線演算部６０ａは、２つの変化受信間隔から直線式を求めるようにしても良い。これにより、より少ないサンプル数で簡易的に同期精度を高めることができる。装置１ａ、１ｂ間のクロック周波数の違いがわずかであれば、直線式の傾きが変動することも考えられにくいからである。
【００８３】
［２−３．効果］
本実施形態では、スレーブ装置１ｂは、マスター装置１ａと直前に同期した同期タイミングを記憶した記憶部４０と、直前に同期した同期タイミングの次に同期する次回の同期タイミングを推定する同期タイミング推定部６０と、を有し、受信間隔演算部５６は、同期情報の受信タイミングの間隔である受信間隔を、クロック２０のクロック周期数として求め、同期タイミング推定部６０は、縦軸を受信間隔とし、横軸を受信間隔のサンプル数としたとき、直前の受信間隔から変化のあった複数の受信間隔のうちの二点を通る傾きｄ／ｐの直線のうち、ｐが最大となる傾きｄ／ｐを求め、当該二点を通る当該傾きｄ／ｐの直線式を求める直線演算部６０ａと、直線式上における実数で表される次回の受信間隔を求める受信間隔推定部６０ｂと、受信間隔推定部６０ｂで求めた受信間隔の小数部を四捨五入して次回の受信間隔とする受信間隔補正部６０ｃと、直前に同期した同期タイミングと、受信間隔補正部６０ｃにより求めた次回の受信間隔とから、次回の同期タイミングを求める同期タイミング算出部６０ｄと、を有するようにした。
【００８４】
これにより、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂを高精度に同期することができる。
【００８５】
［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
第３実施形態について、図７及び図８を用いて説明する。第３実施形態は、第１実施形態と基本構成は同じである。よって、第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と同じ部分については詳細な説明は省略する。
【００８６】
第１実施形態では、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの一方向の同期情報の通信で足りるが、第３実施形態では、マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂが双方向に同期情報を通信する。すなわち、本実施形態では、図７に示すように、マスター装置１ａが同期情報をスレーブ装置１ｂに送信して当該同期情報をスレーブ装置１ｂが受信し、スレーブ装置１ｂが別の同期情報をマスター装置１ａに送信し、当該別の同期情報をマスター装置１ａが受信する。
【００８７】
また、マスター装置１ａの送信器１１は、同期情報の送信タイミングｔｔ，ｍ及びスレーブ装置１ｂからの別の同期情報の受信タイミングｔｒ，ｍと、マスター装置１ａによる同期情報の送信間隔でのクロック２０のクロック周波数ｐｍを含む情報とを、スレーブ装置１ｂに送信する。各タイミングｔｔ，ｍ、ｔｒ，ｍ、クロック周波数ｐｍを含む情報は、同期情報に乗せて送信しても良いし、同期情報とは別に送信しても良い。なお、クロック周波数ｐｍは、記憶部４０に予め記憶させておく。制御部５０が記憶部４０からクロック周波数ｐｍを読み出して同期情報又は別の情報に重畳させ、重畳された情報を送信器１１に送信させる。
【００８８】
図８は、第３実施形態に係る制御部５０の機能ブロック図である。図８に示すように、スレーブ装置１ｂの制御部５０は、到達時間算出部６１、同期タイミング補正部６２を有する。到達時間算出部６１は、マスター装置１ａから送信され、自身で受信するまでの同期情報の到達時間を算出する。
【００８９】
具体的には、到達時間算出部６１は、マスター装置１ａから受信した同期情報の受信タイミングｔｒ，ｓ及び、スレーブ装置１ｂから送信した別の同期情報の送信タイミングｔｔ，ｓを、記憶部４０から読み出す。
【００９０】
また、到達時間算出部６１は、受信した各同期情報又は別に送信された情報から、マスター装置１ａによる同期情報の送信タイミングｔｔ，ｍ及び、スレーブ装置１ｂからの別の同期情報の受信タイミングｔｒ，ｍを取得する。
【００９１】
更に、到達時間算出部６１は、受信間隔演算部５６からマスター装置１ａから送信される同期情報の受信間隔を取得する。この受信間隔は、スレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周波数ｐｓそのものである。すなわち、到達時間算出部６１は、同期情報の受信間隔でのクロック周波数ｐｓを取得する。
【００９２】
そして、到達時間算出部６１は、各タイミングｔｒ，ｍ、ｔｔ，ｍ、ｔｒ，ｓ、ｔｔ，ｓ及びクロック周波数ｐｍ、ｐｓから、式（７）に基づいて、マスター装置１ａが送信してからスレーブ装置１ｂが受信するまでの同期情報の到達時間ｔｄ，ｓを算出する。
【数７】
2020053737.tif 000009
【００９３】
同期タイミング補正部６２は、到達時間算出部６１で求めた到達時間の分、マスター装置１ａとの同期タイミングを補正する。例えば、同期タイミング推定部５９で求めた今回の同期タイミングより到達時間分早めたタイミングを同期タイミングとする。
【００９４】
［３−２．作用］
本実施形態に係る情報通信システム１００の作用について、図７を用いて説明する。
【００９５】
マスター装置１ａとスレーブ装置１ｂの同期情報の通信において、同期情報の到達時間が有限である。装置１ａ、１ｂが同期する上で、装置１ａ、１ｂ間の距離又は伝送路長によっては、到達時間を無視できない状況もある。また、各装置１ａ、１ｂのクロック２０は独立であり、各位相も揃っていない状況もある。
【００９６】
図７に示すように、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの同期情報を通信する際の、マスター装置１ａの送信タイミングをｔｔ，ｍとし、スレーブ装置１ｂの受信タイミングをｔｒ，ｓとする。
【００９７】
また、スレーブ装置１ｂからマスター装置１ａへの別の同期情報を通信する際の、スレーブ装置１ｂの送信タイミングをｔｔ，ｓとし、マスター装置１ａの受信タイミングをｔｒ，ｍとする。
【００９８】
これら２つの同期情報の伝送条件が等しく、両情報の到達時間が同一であるとし、従来の情報通信システムのように、両装置１ａ、１ｂのクロック２０間の周波数偏差が送受信間隔を求めるのに影響がない程度に小さいとすると、マスター装置１ａの送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）と、スレーブ装置１ｂの送受信間隔（ｔｔ，ｓ−ｔｒ，ｓ）との差分は、２つの同期情報の到達時間の和となる。そのため、同期情報の到達時間ｔｄは、式（８）の通り求めることができる。
【数８】
2020053737.tif 000010
【００９９】
しかし、クロック２０間の周波数偏差が到達時間を求めるのに影響がない程度に小さいとする条件は妥当とは言い難い。例えば、特性が公称周波数１０ＭＨｚ、許容偏差±１０ｐｐｍのクロック２０を搭載する装置１ａ、１ｂ同士が、送受信タイミングを検出する場合において、送受信間隔が５ｍｓ以上であればクロック２０間の周波数偏差がタイミング検出結果に表れ、検出値に誤差が生じてしまう。したがって、式（８）で求めた到達時間ｔｄには無視できない誤差が含まれてしまう。
【０１００】
そこで、本実施形態では、両装置１ａ、１ｂのクロック２０間の周波数偏差による影響をキャンセルするため、マスター装置１ａは同期情報の送信間隔を自身のクロック周期数ｐｍとして同期情報を送信するとともに、各タイミングｔｔ，ｍ、ｔｒ，ｍ及びクロック周期数ｐｍをスレーブ装置１ｂに送信している。なお、クロック周期数ｐｍ、すなわち送信間隔は、周波数偏差の影響が十分に現れるほど長い期間が望ましい。
【０１０１】
そして、スレーブ装置１ｂでは、マスター装置１ａのクロック２０を元に計られた送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）に、クロック周期数の比ｐｓ／ｐｍを乗算することで、マスター装置１ａでの送受信間隔をスレーブ装置１ｂの時間に変換している。すなわち、式（８）の（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）を、（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）×（ｐｓ／ｐｍ）に置き換えると、式（７）が得られる。
【０１０２】
言い換えると、マスター装置１ａでの送受信間隔をスレーブ装置１ｂの時間に変換するには、マスター装置１ａのクロック２０のクロック周波数ｆｍとスレーブ装置１ｂのクロックのクロック周波数ｆｓとの比（ｆｓ／ｆｍ）を送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）に掛ければ良いが、実際にはクロック周波数ｆｍ、ｆｓは、公称周波数からバラツキがあるため実際の値が不明である。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、マスター装置１ａの同期情報の送信間隔をクロック周期数ｐｍと規定し、スレーブ装置１ｂに送信する。そして、この送信間隔と対応する受信間隔は、スレーブ装置１ｂにおいて、受信タイミング検出部１４、受信間隔演算部５６等によりクロック周期数ｐｓとして検出可能であるので、スレーブ装置１ｂが入手可能な情報からマスター装置１ａの送受信間隔をスレーブ装置１ｂの時間に変換することができる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態によれば、より正確な到達時間を得ることができ、その到達時間分同期タイミングのズレを補正するので、周波数偏差の影響を受けずに高精度の同期することができる。
【０１０５】
（変形例）
本実施形態では、マスター装置１ａの送信器１１が、各タイミングｔｔ，ｍ、ｔｒ，ｍを送信したが、マスター装置１ａが予め送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）を演算し、その結果をスレーブ装置１ｂに送信するようにしても良い。
【０１０６】
［３−３．効果］
本実施形態では、マスター装置１ａは、情報を送信する送信器１１と、情報を受信する受信器１２と、送信器１１により送信される情報の送信タイミングを検出する送信タイミング検出部１３と、受信器１２により受信される情報の受信タイミングを検出する受信タイミング検出部１４と、所定の周波数により発振し、装置１ａ内の各部の動作タイミングを与えるクロック２０と、を有するようにした。
【０１０７】
スレーブ装置１ｂは、情報を送信する送信器１１と、送信器１１により送信される情報の送信タイミングを検出する送信タイミング検出部１３と、マスター装置１ａから送信され、自身で受信するまでの同期情報の到達時間を算出する到達時間算出部６１と、到達時間の分、マスター装置１ａとの同期タイミングを補正する同期タイミング補正部６２と、を更に有するようにした。
【０１０８】
そして、マスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの同期情報を通信する際の、マスター装置１ａの送信タイミングをｔｔ，ｍとし、スレーブ装置１ｂの受信タイミングをｔｒ，ｓとし、スレーブ装置１ｂからマスター装置１ａへの別の同期情報を通信する際の、スレーブ装置１ｂの送信タイミングをｔｔ，ｓとし、マスター装置１ａの受信タイミングをｔｒ，ｍとすると、マスター装置１ａの送信器１１は、同期情報の送信タイミングｔｔ，ｍ及びスレーブ装置１ｂからの別の同期情報の受信タイミングｔｒ，ｍ、又は、送受信間隔（ｔｒ，ｍ−ｔｔ，ｍ）と、同期情報の送信間隔でのクロック２０のクロック周期数ｐｍを含む情報と、をスレーブ装置１ｂに送信し、到達時間算出部６１は、同期情報の受信間隔でのスレーブ装置１ｂのクロック２０のクロック周期数をｐｓとすると、上記の式（７）に基づいて同期情報のマスター装置１ａからスレーブ装置１ｂへの到達時間ｔｄ，ｓを算出するようにした。
【０１０９】
これにより、装置１ａ、１ｂ間の周波数の違いが考慮された到達時間を元に同期タイミングを補正しているので、高精度に同期することができる。
【０１１０】
［４．第４実施形態］
［４−１．構成］
第４実施形態について、図９〜図１１を用いて説明する。第４実施形態は、第１実施形態と基本構成は同じである。よって、第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と同じ部分については詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図９に示すように、マスター装置１ａは、同期情報及びその送信タイミングを複数回連続してスレーブ装置１ｂにバースト送信し、スレーブ装置１ｂは、複数回の同期情報を連続して受信する。同期情報の送信タイミングは、当該同期情報に乗せられる。同期情報の送信間隔は任意であり、適宜設計変更可能である。但し、早期同期の観点からは、送信間隔はできるだけ短い方が良い。
【０１１２】
図１０は、スレーブ装置１ｂの制御部５０の機能ブロック図である。この制御部５０は、リスト作成部６３、近似部６４、同期タイミング推定部６５を有する。リスト作成部６３は、同期情報の送信タイミングとこの送信タイミングに対応する受信タイミングとを紐付けたリストを作成する。
【０１１３】
近似部６４は、リスト作成部６３で作成されたリストから、同期情報の送信タイミングと受信タイミングの対応関係を直線近似により近似する。例えば、図１１に示すように、横軸を受信タイミング、縦軸を送信タイミングとして、リストの各要素を用いて最小二乗法により、対応関係を直線近似する。
【０１１４】
同期タイミング推定部６５は、直線近似した対応関係に基づいて、同期タイミングを推定する。具体的には、直線近似した対応関係から、所定時間（例えば、任意の時刻を原点とした１秒）後に対応する送信タイミングを求める。この送信タイミングを次回の同期タイミングと推定する。
【０１１５】
また、同期タイミング推定部６５は、求めた送信タイミングの情報を送信器１１にマスター装置１ａに送信させる。マスター装置１ａは、受信した送信タイミングで同期情報を送信するようにスケジューラ５５を設定する。すなわち、同期タイミング推定部６５は、当該送信タイミングで同期するための送信予約をする。
【０１１６】
或いは、マスター装置１ａが一定間隔で同期情報を複数連続して送信するものとすると、スレーブ装置１ｂの受信間隔も一定間隔と推定される。スレーブ装置１ｂは、マスター装置１ａとこの同期情報の一定の送信間隔を予め共有しておき、同期タイミング推定部６５は、直線近似した対応関係から、次に受信する受信タイミングを推定し、当該受信タイミングを次回の同期タイミングと推定しても良い。
【０１１７】
［４−２．作用・効果］
本実施形態の情報通信システム１００は、マスター装置１ａが、同期情報及びその送信タイミングを複数回連続してスレーブ装置１ｂに送信する。スレーブ装置１ｂは、複数回の同期情報を連続して受信し、同期情報の送信タイミングと受信タイミングのリストから、送信タイミングと受信タイミングの対応関係を直線近似により近似する近似部６４と、直線近似した対応関係に基づいて、同期タイミングを推定する同期タイミング推定部６５と、を有するようにした。
【０１１８】
これにより、将来の送信タイミングと受信タイミングの対応関係を予測することができ、次回の同期タイミングを精度良く推定することができる。
【０１１９】
［５．他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【０１２０】
例えば、上記第２〜第４実施形態は、第１実施形態に従属する形で記載したが、各実施形態は、独立していても良い。具体的には、第２〜第４実施形態で平均演算部５７、サンプル数決定部５８、同期タイミング推定部５９を有していなくても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１００        情報通信システム
１            情報通信装置
１ａ          マスター装置
１ｂ          スレーブ装置
１０            通信部
１１            送信器
１２            受信器
１３            送信タイミング検出部
１４            受信タイミング検出部
２０            クロック
３０            時計
４０            記憶部
５０            制御部
５１            主制御部
５２            送受信データＩ／Ｆ
５３            通信制御部
５４            時刻記録部
５５            スケジューラ
５６            受信間隔演算部
５７            平均演算部
５８            サンプル数決定部
５９            同期タイミング推定部
６０            同期タイミング推定部
６０ａ          直線演算部
６０ｂ          受信間隔推定部
６０ｃ          受信間隔補正部
６０ｄ          同期タイミング算出部
６１            到達時間算出部
６２            同期タイミング補正部
６３            リスト作成部
６４            近似部
６５            同期タイミング推定部
７０            外部インターフェイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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