(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減する。【解決手段】時刻同期システム１０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した標準時刻をスレイブ装置５０（５０Ａ〜５０Ｂ）に配信する複数のマスタクロック２０（２０Ａ〜２０Ｆ）を備える。各マスタクロック２０は、ＧＰＳ衛星４０から第１の標準時刻候補値を受信するとともに、時刻同期システム１０内の他のマスタクロック２０から第２の標準時刻候補値を受信し、これら標準時刻候補値を用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出し、算出した標準時刻推定値をスレイブ装置５０に配信する。また、各マスタクロック２０は、自身の標準時刻推定値を他のマスタクロック２０における第２の標準時刻候補値として送信する。【選択図】図１
2018141715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて取得した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックを備える時刻同期システムであって、
それぞれの前記マスタクロックは、
ＧＰＳ衛星から第１の標準時刻候補値を受信するＧＰＳ受信部と、
前記時刻同期システム内の他のマスタクロックから第２の標準時刻候補値を受信する同期用受信部と、
前記第１の標準時刻候補値と前記第２の標準時刻候補値とを用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出する標準時刻処理部と、
前記標準時刻処理部で算出した前記標準時刻推定値を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する時刻保持部と、
前記時刻保持部で保持する前記標準時刻推定値を、前記他のマスタクロックにおける前記第２の標準時刻候補値として送信する同期用送信部と、を備える、
ことを特徴とする時刻同期システム。
【請求項２】
前記標準時刻処理部は、それぞれの前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ受信部の受信状態および環境情報、前記他のマスタクロックから受信した前記第２の標準時刻候補値の変動量、前記他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて、前記第１の標準時刻候補値および前記第２の標準時刻候補値のそれぞれを重み付けして前記標準時刻推定値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
【請求項３】
前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
前記同期用送信部および前記同期用受信部は、前記他のマスタクロックに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するＰＴＰ処理部とによって構成されており、
前記ＰＴＰ処理部の動作を一定間隔ごとにマスタ状態とスレイブ状態とで切り替えることにより前記他のマスタクロックとの間で前記第２の標準時刻候補値を送受信する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の時刻同期システム。
【請求項４】
前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
前記同期用送信部は、前記他のマスタクロックに接続された第１の送信器および第１の受信器と、前記ＰＴＰのマスタ側として機能し前記時刻保持部で保持する前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックに送信するマスタ側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、
前記同期用受信部は、前記他のマスタクロックに接続された第２の送信器および第２の受信器と、前記ＰＴＰのスレイブ側として機能し前記他のマスタクロックから前記第２の標準時刻候補値を受信するスレイブ側ＰＴＰ同期処理部とによって構成されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の時刻同期システム。
【請求項５】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて取得した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックを用いた時刻同期方法であって、
それぞれの前記マスタクロックは、
ＧＰＳ衛星から第１の標準時刻候補値を受信する第１の受信ステップと、
他のマスタクロックから第２の標準時刻候補値を受信する第２の受信ステップと、
前記第１の標準時刻候補値と前記第２の標準時刻候補値とを用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出するとともに、算出した前記標準時刻推定値を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する標準時刻処理ステップと、
前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックにおける前記第２の標準時刻候補値として送信する送信ステップと、を実行する、
ことを特徴とする時刻同期方法。
【請求項６】
前記標準時刻処理ステップでは、それぞれの前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ衛星からの前記第１の標準時刻候補値の受信状態および環境情報、前記他のマスタクロックから受信した前記第２の標準時刻候補値の変動量、前記他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて、前記第１の標準時刻候補値および前記第２の標準時刻候補値のそれぞれを重み付けして前記標準時刻推定値を算出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の時刻同期方法。
【請求項７】
前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
前記送信ステップおよび前記第２の受信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するＰＴＰ処理部とによって実行され、
前記ＰＴＰ処理部の動作を一定間隔ごとにマスタ状態とスレイブ状態とで切り替えることにより前記送信ステップおよび前記第２の受信ステップを順次実行する、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の時刻同期方法。
【請求項８】
前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、
前記送信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された第１の送信器および第１の受信器と、前記ＰＴＰのマスタ側として機能し前記標準時刻処理ステップで保持する前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックに送信するマスタ側ＰＴＰ処理部とによって実行され、
前記第２の受信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された第２の送信器および第２の受信器と、前記ＰＴＰのスレイブ側として機能し前記他のマスタクロックから前記第２の標準時刻候補値を受信するスレイブ側ＰＴＰ同期処理部とによって実行する、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の時刻同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークで接続された装置間で時刻を同期する時刻同期システムおよび時刻同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、標準時刻（ＵＴＣ：世界標準時）に装置内の時計を同期させるための技術として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から時刻情報を受信する方法が知られている（例えば、下記非特許文献１参照）。
また、ＬＡＮなどに接続された端末間における時刻同期を図るため、マスタクロックとスレイブ装置（端末）とを接続し、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いてマスタクロックから配下のスレイブ装置へと標準時刻を配信する技術が実用化されている。
このようなマスタクロックを用いた時刻同期システムにおいて、時刻同期精度の高精度化および高信頼化が求められており、特に高信頼化に対応して複数のマスタクロックを分散配置する網構成が検討されている。複数のマスタクロックを分散配置することにより、より広範囲での時刻同期が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】坂井 丈泰、“ＧＰＳ／ＧＮＳＳの基礎知識”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２９年２月１３日検索］、インターネット、＜ＵＲＬ：http://www.enri.go.jp/~sakai/pub/symp07a.pdf#search=%27gps+%E5%9F%BA%E7%A4%8E%27＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、各マスタクロックにおけるＧＰＳアンテナの設置条件（干渉やマルチパス）、補足したＧＰＳ衛星の状態、環境外乱（天候、電離層影響）等の要因により、各マスタクロックで受信した標準時刻は、真の標準時刻との間にずれがある可能性がある。
真の標準時刻と各マスタクロックで配信する標準時刻のずれが大きくなると、標準時刻に同期するようなアプリケーションや時刻サービスにおいて影響が出る。このため、真の標準時刻と各マスタクロックで配信する標準時刻との絶対時刻誤差の低減が課題となる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて取得した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックを備える時刻同期システムであって、それぞれの前記マスタクロックは、ＧＰＳ衛星から第１の標準時刻候補値を受信するＧＰＳ受信部と、前記時刻同期システム内の他のマスタクロックから第２の標準時刻候補値を受信する同期用受信部と、前記第１の標準時刻候補値と前記第２の標準時刻候補値とを用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出する標準時刻処理部と、前記標準時刻処理部で算出した前記標準時刻推定値を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する時刻保持部と、前記時刻保持部で保持する前記標準時刻推定値を、前記他のマスタクロックにおける前記第２の標準時刻候補値として送信する同期用送信部と、を備える、ことを特徴とする時刻同期システムとした。
【０００７】
また、請求項５に記載の発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて取得した標準時刻をスレイブ装置に配信する複数のマスタクロックを用いた時刻同期方法であって、それぞれの前記マスタクロックは、ＧＰＳ衛星から第１の標準時刻候補値を受信する第１の受信ステップと、他のマスタクロックから第２の標準時刻候補値を受信する第２の受信ステップと、前記第１の標準時刻候補値と前記第２の標準時刻候補値とを用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出するとともに、算出した前記標準時刻推定値を前記スレイブ装置に配信する標準時刻として保持する標準時刻処理ステップと、前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックにおける前記第２の標準時刻候補値として送信する送信ステップと、を実行する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。
【０００８】
このようにすることで、単にＧＰＳ衛星から受信した時刻をスレイブ装置に送信するのと比較して、マスタクロックにおける配信時刻の精度を向上させることができる。また、ネットワーク全体として各エリアに分散配置されたマスタクロックがそれぞれ保持する標準時刻を略統一化することができ、時刻同期の高精度化を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記標準時刻処理部は、それぞれの前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ受信部の受信状態および環境情報、前記他のマスタクロックから受信した前記第２の標準時刻候補値の変動量、前記他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて、前記第１の標準時刻候補値および前記第２の標準時刻候補値のそれぞれを重み付けして前記標準時刻推定値を算出する、ことを特徴とする時刻同期システムとした。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、前記標準時刻処理ステップでは、それぞれの前記マスタクロックにおける前記ＧＰＳ衛星からの前記第１の標準時刻候補値の受信状態および環境情報、前記他のマスタクロックから受信した前記第２の標準時刻候補値の変動量、前記他のマスタクロックとの間における時刻および周波数の同期状態、の少なくとも１つを用いて、前記第１の標準時刻候補値および前記第２の標準時刻候補値のそれぞれを重み付けして前記標準時刻推定値を算出する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。
【００１１】
このようにすることで、それぞれの標準時刻候補値の信頼度を反映した標準時刻推定値を算出することができ、標準時刻推定値と真の標準時刻との誤差をより低減することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記同期用送信部および前記同期用受信部は、前記他のマスタクロックに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するＰＴＰ処理部とによって構成されており、前記ＰＴＰ処理部の動作を一定間隔ごとにマスタ状態とスレイブ状態とで切り替えることにより前記他のマスタクロックとの間で前記第２の標準時刻候補値を送受信する、ことを特徴とする時刻同期システムとした。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記送信ステップおよび前記第２の受信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された送信器および受信器と、前記ＰＴＰを用いて時刻情報を送受信するＰＴＰ処理部とによって実行され、前記ＰＴＰ処理部の動作を一定間隔ごとにマスタ状態とスレイブ状態とで切り替えることにより前記送信ステップおよび前記第２の受信ステップを順次実行する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。
【００１４】
このようにすることで、単一のＰＴＰ処理部を用いて他のマスタクロックと第２の標準時刻候補値を送受信することができ、マスタ側ＰＴＰ処理部およびスレイブ側ＰＴＰ処理部を別個に設ける場合と比較して、マスタクロックの構成を簡素化する上で有利となる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記同期用送信部は、前記他のマスタクロックに接続された第１の送信器および第１の受信器と、前記ＰＴＰのマスタ側として機能し前記時刻保持部で保持する前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックに送信するマスタ側ＰＴＰ処理部とによって構成されており、前記同期用受信部は、前記他のマスタクロックに接続された第２の送信器および第２の受信器と、前記ＰＴＰのスレイブ側として機能し前記他のマスタクロックから前記第２の標準時刻候補値を受信するスレイブ側ＰＴＰ同期処理部とによって構成されている、ことを特徴とする時刻同期システムとした。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、前記マスタクロックは、ＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて前記標準時刻を前記スレイブ装置に配信し、前記送信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された第１の送信器および第１の受信器と、前記ＰＴＰのマスタ側として機能し前記標準時刻処理ステップで保持する前記標準時刻推定値を前記他のマスタクロックに送信するマスタ側ＰＴＰ処理部とによって実行され、前記第２の受信ステップは、前記他のマスタクロックに接続された第２の送信器および第２の受信器と、前記ＰＴＰのスレイブ側として機能し前記他のマスタクロックから前記第２の標準時刻候補値を受信するスレイブ側ＰＴＰ同期処理部とによって実行する、ことを特徴とする時刻同期方法とした。
【００１７】
このようにすることで、接続する全てのマスタクロックから常時第２の標準時刻候補値を受信することができ、標準時刻推定値の精度を向上させる上で有利となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数のマスタクロックを分散配置した構成において、各マスタクロックで配信する標準時刻と真の標準時刻とのずれを低減する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態にかかる時刻同期システムの構成を示す図である。
【図２】マスタクロックの構成を示すブロック図である。
【図３】マスタクロックにおけるポート状態の切り替え方式を示す図である。
【図４】マスタクロックの他の構成を示すブロック図である。
【図５】マスタクロックの処理を示すフローチャートである。
【図６】ＰＴＰ処理部による時刻同期処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる時刻同期システムおよび時刻同期方法を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる時刻同期システム１０の構成を示す説明図である。
時刻同期システム１０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した標準時刻をスレイブ装置５０（５０Ａ，５０Ｂ）に配信する複数のマスタクロック２０（２０Ａ〜２０Ｆ）を備える。
時刻同期システム１０では、複数のマスタクロック２０が相互に接続し、ＰＴＰによる同期を用いて、時刻誤差を低減し、真の標準時刻からの絶対時刻誤差を最小化する。
【００２１】
ＧＰＳ衛星４０は、原子時計４２を搭載し、標準時刻（ＵＴＣ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｉｍｅ）を含む信号を送信する。
マスタクロック２０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した信号から時刻情報（第１の標準時刻候補値）を抽出する。また、他のマスタクロック２０から第２の標準時刻候補値を受信する。そして、第１の標準時刻候補値と第２の標準時刻候補値とを用いて標準時刻推定値を算出し、算出した標準時刻推定値を配下のスレイブ装置５０に標準時刻として配信する。
各マスタクロック２０は相互に接続されており（マスタクロックネットワークＮ）、各マスタクロック２０間で同一周波数による周波数同期が確立されているものとする。
図１では記載簡略化のため、１つのマスタクロック２０は隣接する２つのマスタクロック２０と接続するものとするが、メッシュ構成等の場合には接続数が増えるものとする。
スレイブ装置５０としては、例えばバウンダリクロック（Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｃｌｏｃｋ：ＢＣ）５０Ａやサービスノード５０Ｂなどが挙げられる。詳細は後述するが、マスタクロック２０とスレイブ装置５０との間では、ＰＴＰを用いて標準時刻が配信される。
【００２２】
図２は、マスタクロック２０の構成を示すブロック図である。
マスタクロック２０は、ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ受信部）２０２、同期処理部２１０（２１０Ａ〜２１０ｎ）、標準時刻処理部２２０、時刻保持部２２２、切替制御部２２４、ポート状態切替部２２６、時刻配信部２３０を備える。
マスタクロック２０の基本的な機能は、時刻配信部２３０によるスレイブ装置５０への標準時刻の配信であるため、まず時刻配信部２３０について説明する。
【００２３】
時刻配信部２３０は、時刻配信用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）２３２、時刻配信用送信器（送信器）２３４、時刻配信用受信器（受信器）２３６、時刻配信用ポート（ＰＴＰポート）２３８を含んで構成される。
時刻配信用ＰＴＰ処理部２３２は、時刻配信用送信器２３４、時刻配信用受信器２３６、時刻配信用ポート２３８を介してスレイブ装置５０とタイムスタンプをやり取りすることにより、後述する時刻保持部２２２に保持されている標準時刻推定値を標準時刻としてスレイブ装置５０に配信する。より詳細には、タイムスタンプをやり取りによって、スレイブ装置５０で自装置側の時計とマスタクロック２０側の時計とのオフセットを計算することにより、スレイブ装置５０の時計をマスタクロック２０が保持する標準時刻推定値に同期させる。
【００２４】
図６は、ＰＴＰ処理部による時刻同期処理を示す説明図である。
図６に示す処理では、マスタクロック２０（以下、「マスタ側」という）からスレイブ装置５０（以下、「スレイブ側」という）への経路における遅延時間と、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間とを用いて、マスタ側時刻に対するスレイブ側時刻のオフセットを算出する。
【００２５】
最初に、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間を算出する。
まず、マスタ側からスレイブ側にＳｙｎｃメッセージを送信する（Ｓ１）。Ｓｙｎｃメッセージには、当該Ｓｙｎｃメッセージの送信時刻Ｔ１の予測値が含まれる。つぎに、マスタ側からスレイブ側に、実際のＳｙｎｃメッセージの送信時刻Ｔ１を含むＳｙｎｃ  ｆｏｌｌｏｗ  ｕｐメッセージを送信する（Ｓ２）。
スレイブ側は、マスタ側からＳｙｎｃメッセージを受け取った時刻Ｔ２を記録する（Ｓ３）。
時刻Ｔ１と時刻Ｔ２から、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間を算出することができる。すなわち、マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間＝Ｔ２−Ｔ１である。
【００２６】
つぎに、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間を算出する。
まず、スレイブ側からマスタ側にＤｅｌａｙ  Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを送信し（Ｓ４）、スレイブ側においてＤｅｌａｙ  Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージの送信時刻Ｔ３を記録する（Ｓ５）。つぎに、マスタ側からスレイブ側に、マスタ側でＤｅｌａｙ  Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを受信した時刻Ｔ４を含むＤｅｌａｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅメッセージを送信する（Ｓ６）。
時刻Ｔ３と時刻Ｔ４から、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間を算出することができる。すなわち、スレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間＝Ｔ４−Ｔ３である。
【００２７】
マスタ側からスレイブ側への経路における遅延時間（第１の遅延時間）およびスレイブ側からマスタ側への経路における遅延時間（第２の遅延時間）を用いて、マスタ−スレイブ間の片道遅延時間を、下記式（１）を用いて算出することができる。
片道遅延時間＝（第１の遅延時間＋第２の遅延時間）／２＝（（Ｔ２−Ｔ１）＋（Ｔ４−Ｔ３））／２  ・・・（１）
そして、下記式（２）を用いてマスタ側時刻に対するスレイブ側時刻のオフセット（時刻ずれ）を算出する。
スレイブ側オフセット＝第１の遅延時間−片道遅延時間＝（（Ｔ２−Ｔ１）−（Ｔ４−Ｔ３））／２  ・・・（２）
【００２８】
図２の説明に戻り、ＧＰＳアンテナ２０２は、ＧＰＳ衛星４０から第１の標準時刻候補値を受信する。ＧＰＳアンテナ２０２による第１の標準時刻候補値の受信は所定周期で行われる。
本来、ＧＰＳ衛星４０から送信される時刻は標準時刻そのものであると考えられるが、ＧＰＳアンテナ２０２における信号の受信状況などにより、真の標準時刻からの誤差を含んでいる可能性がある。このため、マスタクロック２０は、ＧＰＳアンテナ２０２で受信した時刻を標準時刻の候補値として取り扱う。
【００２９】
同期処理部２１０（２１０Ａ〜２１０ｎ）は、他のマスタクロック２０との間で時刻情報（タイムスタンプ）をやり取りし、第２の標準時刻候補値の受信、および他のマスタクロック２０への第２の標準時刻候補値の送信を行う。
同期処理部２１０は、マスタクロック２０と接続している他のマスタクロック２０ごとに設けられる。図２の例では、マスタクロック２０にｎ台の他のマスタクロック２０が接続されていることを示す。
【００３０】
同期処理部２１０（２１０Ａ〜２１０ｎ）は、それぞれ同期用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）２１２（２１２Ａ〜２１２ｎ）、同期用送信器（送信器）２１４（２１４Ａ〜２１４ｎ）、同期用受信器（受信器）２１６（２１６Ａ〜２１６ｎ）、同期用ポート（ＰＴＰポート）２１８（２１８Ａ〜２１８ｎ）を備える。
同期用ＰＴＰ処理部２１２の処理は、図６を用いて説明した時刻配信用ＰＴＰ処理部２３２と同様であるが、時刻配信用ＰＴＰ処理部２３２はマスタ側の動作のみを行うのに対して、同期用ＰＴＰ処理部２１２はポート状態切替部２２６からの制御によりマスタ側およびスレイブ側の動作を切り替えることが可能である。以下、同期用ＰＴＰ処理部２１２の動作がマスタ側の状態にあることを「マスタ状態」、スレイブ側の状態にあることを「スレイブ状態」という。
また、同期用ＰＴＰ処理部２１２の動作状態が切り替わると、同期用ポート２１８のポート状態が切り替わることになる。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２１２がマスタ状態にある場合には対応する同期用ポート２１８がマスタ側ポートとなり、同期用ＰＴＰ処理部２１２がスレイブ状態にある場合には、対応する同期用ポート２１８がスレイブ側ポートとなる。
【００３１】
同期用ＰＴＰ処理部２１２がマスタ状態に切り替えられている際は、時刻保持部２２２で保持する標準時刻に基づくタイムスタンプを含むメッセージをスレイブ側（他のマスタクロック２０）に送信する。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２１２がマスタ状態に切り替えられている際は、時刻保持部２２２で保持する標準時刻推定値を、他のマスタクロックにおける第２の標準時刻候補値として送信する同期用送信部として同期処理部２１０が機能する。
一方、同期用ＰＴＰ処理部２１２がスレイブ状態に切り替えられている際は、マスタ側（他のマスタクロック２０）から送信されたタイムスタンプおよび時刻保持部２２２で保持する標準時刻候補値を用いてマスタ側時刻に対する自装置側のオフセットを算出する。すなわち、同期用ＰＴＰ処理部２１２がスレイブ状態に切り替えられている際は、時刻同期システム１０内の他のマスタクロック２０から第２の標準時刻候補値を受信する同期用受信部として同期処理部２１０が機能する。
【００３２】
標準時刻処理部２２０は、ＧＰＳ衛星４０から受信した第１の標準時刻候補値と、他のマスタクロックから受信した複数の第２の標準時刻候補値とを用いて、真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出する。
標準時刻処理部２２０は、第１の標準時刻候補値および複数の第２の標準時刻候補値を相互に比較し、各種パラメータを元に各標準時刻候補値に対して重み付けを行う。そして、重み付けを行った標準時刻候補値を平均化（加重平均）することによって、またはオフセットの最も少ない標準時刻候補値を選択することによって、標準時刻推定値を算出する。
なお、各標準時刻候補値のうち明らかな不良値や、送信元のマスタクロック２０の信頼度が極端に低い標準時刻候補値は、標準時刻推定値の算出対象サンプルから除外する。
また、このような標準時刻候補値に基づく標準時刻推定値の算出方法は、従来公知の様々な方法を適用することができる。
【００３３】
重み付けのパラメータとしては、例えば以下のようなものが挙げられる。
なお、以下に示す情報は、例えば自装置側の同期用ＰＴＰ処理部２１２がマスタ状態、他のマスタクロック２０の同期用ＰＴＰ処理部２１２がスレイブ状態に切り替えられている時に時刻情報と共に受信しておく。
１．各マスタクロック２０におけるＧＰＳアンテナ２０２の受信状態および環境情報
１−１．ＧＰＳ衛星の情報
・捕捉しているＧＰＳ衛星の数
・捕捉しているＧＰＳ衛星の製造年
・捕捉しているＧＰＳ衛星の搭載発振器（ＣｓまたはＲｂ）
・ＧＰＳ衛星からの航法メッセージの情報（衛星軌道（エフェメリス）、ＧＰＳ衛星の内部クロックの誤差等）
・ＧＰＳアンテナ２０２に対するＧＰＳ衛星の位置情報（天頂、仰角など）
・ＧＰＳ衛星のドップラーシフト、相対論的効果による誤差
１−２．環境状態
・天候モニタ値（周囲の天候状態）
・対流圏・電離層による遅延量
１−３．受信機（ＧＰＳアンテナ２０２）の状態
・ＧＰＳ電波の受信状況、ノイズ値（ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）など）
・ＧＰＳアンテナ２０２の設置条件（反射によるマルチパス影響の大小など）
・ＧＰＳアンテナ２０２とレシーバとの間のケーブルの遅延補正情報
２．他のマスタクロック２０から受信したＰＴＰによる標準時刻（第２の標準時刻候補値）のオフセットとその変動量
３．マスタクロックネットワークＮにおける各マスタクロック２０間の時刻および周波数の同期状態
・正常／ホールドオーバ／Ｆｒｅｅ  ｒｕｎ等の状態
・マスタクロック２０内の発信器の周波数偏差、ドリフト量等の定量的な数値
【００３４】
時刻保持部２２２は、標準時刻処理部２２０で算出した標準時刻推定値をスレイブ装置５０に配信する標準時刻として保持する。時刻保持部２２２は、内蔵する時計を標準時刻推定値に同期させることにより標準時刻を保持する。時刻保持部２２２で保持する時刻は、標準時刻処理部２２０で標準時刻推定値が算出されるごとに更新される（オフセット＝０の場合は更新なし）。
【００３５】
切替制御部２２４は、ポート状態切替部２２６による同期用ＰＴＰ処理部２１２の動作状態の切り替え（すなわち同期用ポート２１８のポート状態の切り替え）を制御する。切替制御部２２４は、予め他のマスタクロック２０の切替制御部２２４との間で、ポート状態の切り替えタイミングを共有している。そして、他のマスタクロック２０の切替制御部２２４と同期して、それぞれの同期用ＰＴＰ処理部２１２の動作状態を切り替えことにより、マスタクロック２０間における標準時刻候補値の送受信を可能とする。
【００３６】
ここで、ポート状態の切り替え方式として、図３に示す３つのパターンを挙げる。
【００３７】
＜パターン１＞
図３（ａ）に示すパターン１では、時刻同期システム１０内の全マスタクロック２０のポート状態（マスタ／スレイブ）を一定間隔で同時に変更する。
図３（ａ）では３つのマスタクロック（マスタクロック２０Ａ、マスタクロック２０Ｂ、マスタクロック２０Ｃ、以下明細書中では「マスタクロックＡ」、「マスタクロックＢ」、「マスタクロックＣ」と表記する）がそれぞれ接続されている。
マスタクロックＡは、マスタクロックＢと接続するポートＰａｂ、マスタクロックＣと接続するポートＰａｃを有する。マスタクロックＢは、マスタクロックＡと接続するポートＰｂａ、マスタクロックＣと接続するポートＰｂｃを有する。マスタクロックＣは、マスタクロックＡと接続するポートＰｃａ、マスタクロックＢと接続するポートＰｃｂを有する。
図３（ａ）左図の初期状態では、マスタクロックＡのポートＰａｂはスレイブ状態Ｓ、ポートＰａｃはマスタ状態Ｍとなっており、マスタクロックＢのポートＰｂａはマスタ状態Ｍ、ポートＰｂｃはスレイブ状態Ｓとなっており、マスタクロックＣのポートＰｃａはスレイブ状態Ｓ、ポートＰｃｂはマスタ状態Ｍとなっている。
所定のポート状態切替タイミングとなると、各マスタクロック２０の切替制御部２２４はポート状態切替部２２６から各同期用ＰＴＰ処理部２１２にポート状態の切り替えを指示する制御信号を送信する。各同期用ＰＴＰ処理部２１２は、実行中のＰＴＰセッションを中断し、動作状態を切り替える。
【００３８】
すなわち、図３（ａ）右図の切り替え後状態では、マスタクロックＡのポートＰａｂはマスタ状態Ｍ、ポートＰａｃはスレイブ状態Ｓとなっており、マスタクロックＢのポートＰｂａはスレイブ状態Ｓ、ポートＰｂｃはマスタ状態Ｍとなっており、マスタクロックＣのポートＰｃａはマスタ状態Ｍ、ポートＰｃｂはスレイブ状態Ｓとなる。
このように、一定期間ごとに全マスタクロック２０のポート状態を同時に変更することによって、全マスタクロック２０において常時他のマスタクロック２０からの時刻情報（第２の標準時刻候補値）を取得することができる。
なお、パターン１では、一部のマスタクロック２０に異常が生じて誤った時刻情報を送信している可能性がある場合、通信先のマスタクロック２０は、自身のＧＰＳアンテナ２０２で受信する時刻情報（第１の標準時刻候補値）と異常がある可能性のあるマスタクロック２０からの時刻情報（第２の標準時刻候補値）とを比較し、正常性を判断する。異常があると判断した場合には、異常があるマスタクロック２０から受信した時刻情報を標準時間推定値の算出対象サンプルから除外する。
【００３９】
＜パターン２＞
図３（ｂ）に示すパターン２では、一定期間ごとに１リンク単位(対抗する２装置間)で順番にポート状態(マスタ／スレイブ)を変更する。
パターン２におけるポート構成は、パターン１と同様である。
図３（ｂ）では、マスタクロックＢとマスタクロックＣを結ぶリンクＬ１、マスタクロックＡとマスタクロックＣを結ぶリンクＬ２、マスタクロックＡとマスタクロックＢを結ぶリンクＬ３の順でポート状態を変更するものとする。
図３（ｂ）左図の初期状態では、マスタクロックＡのポートＰａｂはスレイブ状態Ｓ、ポートＰａｃはマスタ状態Ｍとなっており、マスタクロックＢのポートＰｂａはマスタ状態Ｍ、ポートＰｂｃはスレイブ状態Ｓとなっており、マスタクロックＣのポートＰｃａはスレイブ状態Ｓ、ポートＰｃｂはマスタ状態Ｍとなっている。
リンクＬ１のポート状態切替タイミングとなると、マスタクロックＢとマスタクロックＣの切替制御部２２４は、それぞれポートＰｂｃおよびＰｃｂのポート状態の切り替えを指示する制御信号を送信する。
これにより、図３（ｂ）中央図のように、マスタクロックＢのポートＰｂｃがマスタ状態Ｍに、マスタクロックＣのポートＰｃｂがスレイブ状態Ｓに、それぞれ切り替わる。マスタクロックＢは両ポートがマスタ状態Ｍに、マスタクロックＣは両ポートがスレイブ状態Ｓになる。
【００４０】
つぎに、リンクＬ２のポート状態切替タイミングとなると、マスタクロックＡとマスタクロックＣの切替制御部２２４は、それぞれポートＰａｃおよびＰｃａのポート状態の切り替えを指示する制御信号を送信する。
これにより、図３（ｂ）右図のように、マスタクロックＡのポートＰａｃがスレイブ状態Ｓに、マスタクロックＣのポートＰｃａがマスタ状態Ｍに、それぞれ切り替わる。
図示は省略するが、リンクＬ３のポート状態切替タイミングとなると、マスタクロックＡとマスタクロックＢの切替制御部２２４は、それぞれポートＰａｂおよびＰｂａのポート状態の切り替えを指示する制御信号を送信する。
これにより、マスタクロックＡのポートＰａｂがマスタ状態Ｍに、マスタクロックＢのポートＰｂａがスレイブ状態Ｓに、それぞれ切り替わり、図３（ｂ）左図に示す初期状態から全てのポートのポート状態が反転する。
【００４１】
パターン２では、例えばＥＭＳ（Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）／ＮＭＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）により、各リンクのポート状態変更順序を事前設定しておく。または、例えばあるマスタクロックにおいて、一部のポートがマスタ状態からスレイブ状態になったとき、もう一方(別リンク)のポートを次のタイミングでスレイブ状態からマスタ状態に変更していくことで、順々にリンクごとにポート状態を変えていくようにしてもよい。
一部のマスタクロックが異常な時刻を送信している場合は、自身のＧＰＳアンテナの時刻及び次のポート状態変更タイミングで新たに参照となるマスタクロックの時刻と比較して、正常性を判定する。
なお、パターン２では、一部のマスタクロック２０に異常が生じて誤った時刻情報を送信している可能性がある場合、通信先のマスタクロック２０は、自身のＧＰＳアンテナ２０２で受信する時刻情報（第１の標準時刻候補値）および次のポート状態変更タイミングで新たに参照となるマスタクロック２０の時刻情報（第２の標準時刻候補値）と比較して、正常性を判定する。
【００４２】
＜パターン３＞
図３（ｃ）に示すパターン３では、各マスタクロック間でマスタ専用ポートおよびスレイブ専用ポートを備え、ポート状態を常に固定にする。
パターン３の場合、各マスタクロック２０は、図４に示す構成を有する。
図４において、図２と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、図４ではスペースの制約上、時刻配信部２３０の内部構成の図示を省略しているが、図２に示す構成と同様である。
【００４３】
図４に示すパターン３の構成では、同期処理部２１０（２１０Ａ〜２１０ｎ）に代えて、マスタ側同期処理部２５０（２５０Ａ〜２５０ｎ）およびスレイブ側同期処理部２４０（２４０Ａ〜２４０ｎ）が設けられている。
各マスタ側同期処理部２５０（２５０Ａ〜２５０ｎ）は、それぞれマスタ側ＰＴＰ処理部２５２（２５２Ａ〜２５２ｎ）、同期用送信器（送信器）２５４（２５４Ａ〜２５４ｎ）、同期用受信器（受信器）２５６（２５６Ａ〜２５６ｎ）、同期用ポート（マスタ側ポート）２５８（２５８Ａ〜２５８ｎ）を備える。
また、各スレイブ側同期処理部２４０（２４０Ａ〜２４０ｎ）は、それぞれスレイブ側ＰＴＰ処理部２４２（２４２Ａ〜２４２ｎ）、同期用送信器（送信器）２４４（２４４Ａ〜２４４ｎ）、同期用受信器（受信器）２４６（２４６Ａ〜２４６ｎ）、同期用ポート（マスタ側ポート）２４８（２４８Ａ〜２４８ｎ）を備える。
マスタ側同期処理部２５０およびスレイブ側同期処理部２４０の構成は、基本的に図２の同期処理部２１０と同様だが、それぞれの同期用ＰＴＰ処理部の動作がマスタ状態（マスタ側ＰＴＰ処理部２５２）またはスレイブ状態（スレイブ側ＰＴＰ処理部２４２）に固定されている点で異なる。
また、上記のように同期用ＰＴＰ処理部の動作状態（ポート状態）が固定されているため、ポート状態切替部２２６および切替制御部２２４は設けられていない。
パターン３の構成によれば、接続する他のマスタクロック２０全てから常時時刻情報（第２の標準時刻候補値）を得られるため、標準時刻の推定精度を向上させることができる。
【００４４】
図５は、マスタクロック２０の処理を示すフローチャートである。
マスタクロック２０は、時刻保持部２２２で保持する標準時刻推定値をスレイブ装置５０に配信する（ステップＳ５００）。なお、スレイブ装置５０への標準時刻の配信は、本フローチャートの処理中継続して行う。
また、マスタクロック２０は、所定周期ごとにＧＰＳアンテナ２０２によりＧＰＳ衛星４０から時刻情報（第１の標準時刻候補値）を受信する（ステップＳ５０２）。受信した第１の標準時刻候補値は、標準時刻推定値の算出タイミング（ステップＳ５１２：Ｙｅｓ）まで標準時刻処理部２２０で保持する。
同期処理部２１０のうち、ポート状態がマスタ状態となっているものは（ステップＳ５０４：Ｙｅｓ）、時刻保持部２２２で保持する標準時刻推定値を接続先の他のマスタクロック２０に送信する（ステップＳ５０６）。一方、同期処理部２１０のうち、ポート状態がマスタ状態となっていないものは（ステップＳ５０４：Ｎｏ）、次のステップＳ５０８に進む。
同期処理部２１０のうち、ポート状態がスレイブ状態となっているものは（ステップＳ５０８：Ｙｅｓ）、接続先の他のマスタクロック２０における標準時刻推定値（第２の標準時刻候補値）を受信する（ステップＳ５１０）。一方、同期処理部２１０のうち、ポート状態がスレイブ状態となっていないものは（ステップＳ５０８：Ｎｏ）、次のステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１０において受信した第２の標準時刻候補値は、標準時刻推定値の算出タイミング（ステップＳ５１２）まで標準時刻処理部２２０で保持する。つまり、標準時刻処理部２２０は、標準時刻推定値の算出（更新）タイミングになるまで待つ（ステップＳ５１２→Ｎｏ）。
【００４５】
標準時刻推定値の算出（更新）タイミングになると（ステップＳ５１２：Ｙｅｓ）、標準時刻処理部２２０は、保持している標準時刻候補値から標準時刻推定値を算出し（ステップＳ５１４）、算出した標準時刻推定値を時刻保持部２２２に保持させる（ステップＳ５１６）。すなわち、時刻保持部２２２内の時計が標準時刻推定値に同期される。これにより、スレイブ装置５０に送信する標準時刻推定値が更新されることとなる。
続いて、切替制御部２２４は、予め設定されたポート状態の切り替えタイミングになるまで待つ（ステップＳ５１８：Ｎｏ）。そして、切替制御部２２４は、予め設定されたポート状態の切り替えタイミングになると（ステップＳ５１８：Ｙｅｓ）、切り替え対象となる同期用ＰＴＰ処理部２１２に対して、ポート状態切替制御信号を送信するようポート状態切替部２２６を制御する（ステップＳ５２０）。なお、ポート状態の切り替え方式として、図３（ｃ）に示すパターン３を採用した場合は、ステップＳ５１８およびＳ５２０の処理は必要ない。
その後も、マスタクロック２０は図５のフローチャートの処理を継続して行う。
【００４６】
以上説明したように、実施の形態にかかる時刻同期システム１０は、複数のマスタクロック２０間で互いに保持する時刻情報を交換し、これを用いて真の標準時刻と推定される標準時刻推定値を算出する。
このようにすることで、単にＧＰＳ衛星４０から受信した時刻をスレイブ装置５０に送信するのと比較して、マスタクロック２０における配信時刻の精度を向上させることができる。また、ネットワーク全体として各エリアに分散配置されたマスタクロック２０がそれぞれ保持する標準時刻を略統一化することができ、時刻同期の高精度化を図ることができる。
また、時刻同期システム１０は、それぞれの標準時刻候補値の信頼度を反映した標準時刻推定値を算出するので、標準時刻推定値と真の標準時刻との誤差をより低減することができる。
また、時刻同期システム１０において、図３のパターン１または２のように同期用ＰＴＰ処理部２１２の動作を一定間隔ごとにマスタ状態とスレイブ状態とで切り替えることにより他のマスタクロック２０との間で第２の標準時刻候補値を送受信するようにすれば、単一のＰＴＰ処理部を用いて他のマスタクロック２０と第２の標準時刻候補値を送受信することができ、マスタ側ＰＴＰ処理部およびスレイブ側ＰＴＰ処理部を別個に設ける場合と比較して、マスタクロック２０の構成を簡素化する上で有利となる。
また、時刻同期システム１０において、図３のパターン３のようにマスタ側ＰＴＰ処理部とスレイブ側ＰＴＰ処理部と別個に設けるようにすれば、接続する全てのマスタクロック２０から常時第２の標準時刻候補値を受信することができ、標準時刻推定値の精度を向上させる上で有利となる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  時刻同期システム
２０（２０Ａ-２０Ｆ）  マスタクロック
２０２  ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ受信部）
２１０（２１０Ａ〜２１０ｎ）  同期処理部（同期用送信部、同期用受信部）
２１２（２１２Ａ〜２１２ｎ）  同期用ＰＴＰ処理部（ＰＴＰ処理部）
２１４（２１４Ａ〜２１４ｎ）  同期用送信器
２１６（２１６Ａ〜２１６ｎ）  同期用受信器
２１８（２１８Ａ〜２１８ｎ）  同期用ポート
２２０  標準時刻処理部
２２２  時刻保持部
２２４  切替制御部
２２６  ポート状態切替部
２３０  時刻配信部
２３２  時刻配信用ＰＴＰ処理部
２３４  時刻配信用送信器
２３６  時刻配信用受信器
２３８  時刻配信用ポート
４０  ＧＰＳ衛星
５０（５０Ａ，５０Ｂ）  スレイブ装置
Ｎ  マスタクロックネットワーク
【図１】
2018141715.tif 000003
【図２】
2018141715.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018141715.tif 000007
【図６】
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