(57)【要約】【課題】複数のステーション間で高精度な時刻同期を可能にした時刻同期ネットワーク回路を提供する。【解決手段】第２ステーションのうちの一つであってスイッチ機能を有するステーション２Ａからセンサ信号計測ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａに電源を供給するケーブル２１ａ〜２３ａと、第１ステーション１とステーション２Ａとの間で、基準時刻を示すシリアル構成の時刻データを送受信するデータ送受信部１３、パルストランス２１１等と、ステーション２Ａに設けられ、かつ、時刻データをケーブル２１ａ〜２３ａに重畳して送信するためのスイッチデバイス２２１、パルストランス２５２，２６２，２７２等と、センサ信号計測ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａに設けられ、かつ、ケーブル２１ａ〜２３ａを介して受信した信号から時刻データを抽出して計測データに付加する信号処理部３１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準時刻を有する第１ステーションと複数の第２ステーションとが、有線のローカルエリアネットワークにより接続されたシステムであって、前記第２ステーションの時刻を前記基準時刻に同期させるための時刻同期ネットワーク回路において、
前記第２ステーションのうちの一つのステーションであってスイッチ機能を有するステーションから、前記第２ステーションのうちの他のステーションであってセンサによる計測データを処理する機能を備えたセンサ信号計測ステーションに、電源を供給する電源供給線と、
前記第１ステーションと前記スイッチ機能を有するステーションとの間で、前記基準時刻を示すシリアル構成の時刻データを送受信する手段と、
前記スイッチ機能を有するステーションに設けられ、かつ、前記時刻データを前記電源供給線に重畳して送信する手段と、
前記センサ信号計測ステーションに設けられ、かつ、前記電源供給線を介して受信した信号から前記時刻データを抽出すると共に、この時刻データを前記センサによる計測データに付加する手段と、を備えたことを特徴とする時刻同期ネットワーク回路。
【請求項２】
請求項１に記載した時刻同期ネットワーク回路において、
前記第１ステーションが、前記スイッチ機能を有するステーションに対して、前記時刻データをマルチキャスト通信またはブロードキャスト通信により送信する手段を備えたことを特徴とする時刻同期ネットワーク回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した時刻同期ネットワーク回路において、
前記センサ信号計測ステーションは、前記時刻データ付きの前記計測データを前記スイッチ機能を有するステーションに送信する手段を備え、
前記スイッチ機能を有するステーションは、前記センサ信号計測ステーションから受信した前記時刻データ付きの前記計測データを前記第１ステーションに送信する手段を備えたことを特徴とする時刻同期ネットワーク回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地震その他の振動をセンサにより測定する振動計測回路等に利用される時刻同期ネットワーク回路に関し、詳しくは複数のセンサによる計測信号を同期させるための時刻同期技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビル等の建造物や橋梁の振動診断において、地震や気象等の自然条件や交通等による振動が建造物に与える耐久性等の影響を確認することは非常に重要であり、建築分野で様々な研究が行われている。これらの影響を確認するためには、建造物に振動センサを取り付け、地震等による振動が建造物の各部に与えるストレスを解析して建造物の老朽化や耐久性等、安全性の判断を行うことが有効である。
【０００３】
一方、地震等によって建造物に生じる振動周波数は、０．１[Ｈｚ]〜２０[Ｈｚ]程度であることが地震波形の観測結果から判明している。従って、振動検知のモニタリングデータサンプリングを、１０[ｍｓ]周期、すなわち１００[Ｈｚ]で行うことが必要であり、例えば複数の振動センサの検出信号を同期させるための時刻同期精度としては、１０[ｍｓ]の１／１０の１[ｍｓ]が要求される。
【０００４】
ここで、図４は、従来の有線Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークの構成図であり、この種のネットワークの通信プロトコルとしては、一般的にＮＴＰ（Network Time Protocol）が用いられている。
図４に示すネットワークは、時刻の基準となる第１ステーション１と、有線のローカルエリアネットワークにより接続された複数の第２ステーション２，３，４，５とから構成されている。
【０００５】
第１ステーション１は、時刻基準器１１と、データ送受信部１３と、第２ステーション２から送信される計測データがどの時刻で得られた情報かを管理するデータ保管部１２と、から構成されている。
この第１ステーション１と第２ステーション２との間の通信は、ケーブル１１ａを経由して行われる。
【０００６】
第２ステーション２はスイッチ手段を構成しており、他の第２ステーション３，４，５により得られた時刻付き計測データを第１ステーション１に転送する機能を備えている。第２ステーション２は、他の第２ステーション３，４，５に電源を供給する電源部２０１を有し、電源出力（１），（２）からケーブル２１ａ，２２ａ，２３ａを介して、他の第２ステーション３，４，５に電源を供給する。
ここで、第２ステーション２から第２ステーション３，４，５に対するデータリンクは、スイッチデバイス２２１から、通信ライン２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ及びパルストランス２２２，２３２，２４２を介して行われる。また、第２ステーション２と上位の第１ステーション１との間のデータリンクは、通信ライン２１１ａを介してパルストランス２１１経由で行われる。
【０００７】
第２ステーション３は、センサ信号計測ステーションであり、振動センサ等のセンサ３１１によって得られた計測信号は、信号線３１１ａを介して信号処理部３１２に入力される。この信号処理部３１２によりディジタル処理された計測信号は、前述のＮＴＰにより第１ステーション１から第２ステーション２を介して送信された時刻情報と結合され、信号線３１３ａを介してＰＨＹ（Physical Layer Transceiver）３１３→信号線３１４ａ→パルストランス３１４→ケーブル２１ａを介して、第２ステーション２、更には、第１ステーション１へ伝達される。
【０００８】
また、第２ステーション３では、ケーブル２１ａを経由して供給される４８[Ｖ]の電源ライン（３），（４）または（５），（６）より、例えば絶縁機能付きのスイッチング電源３０１により変換された内部電源３０２が、センサ３１１、信号処理部３１２、ＰＨＹ３１３に供給されている。
【０００９】
他の第２ステーション４，５も、第２ステーション３と同様の内部回路を備えたセンサ信号計測ステーションであり、電源を内蔵し、かつ、センサ計測信号の時刻同期処理及びネットワーク通信処理を行う。すなわち、第２ステーション４，５では、内蔵するセンサにより得られた計測信号をディジタル処理した後、ＮＴＰによる時刻情報と結合し、ケーブル２２ａまたは２３ａを介して、第２ステーション２、更には、第１ステーション１へ伝送する。
【００１０】
なお、図４の従来技術と同様にＮＴＰを用いた時刻同期方法は、例えば特許文献１に記載されている。
この特許文献１に係る従来技術は、基準時刻を有するサーバコンピュータに時刻を同期したいクライアントコンピュータを接続した場合に、２台のコンピュータ間でパケットを連続的に送受信して各コンピュータにおける送信時刻、受信時刻を計測し、これらの計測値から送信経路上及び受信経路上の到達時間差を算出すると共に、これらの到達時間差を用いてパケットの送信経路及び受信経路の所要時間を推定し、当該所要時間と前記送信時刻、受信時刻を用いて２台のコンピュータ間の時刻差を推定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−５０２８８号公報（段落[００１１]〜[００３５]、図１〜図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に係る時刻同期方法によれば、サーバコンピュータとクライアントコンピュータとの間の時刻差が平均値で０．５[ｍｓ]であり、更に、標準偏差が１２．２[ｍｓ]であることが報告されているが、これでは、要求されている時刻同期精度が１[ｍｓ]以下とは言えない。
また、この従来技術では、サーバコンピュータ側でクライアントコンピュータ側情報の時刻同期手段を規定しているため、時刻同期処理をサーバコンピュータ側で実施しなければならない。従って、クライアントコンピュータ側、例えばセンサ信号計測ステーション側で測定された計測データに要求される正確な時刻情報を加味することができず、サーバコンピュータ側の処理負担が増大するという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の解決課題は、複数のステーション間で高精度な時刻同期が可能であり、また、特定のステーションの処理負担が増大することのない時刻同期ネットワーク回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、基準時刻を有する第１ステーションと複数の第２ステーションとが、有線のローカルエリアネットワークにより接続されたシステムであって、前記第２ステーションの時刻を前記基準時刻に同期させるための時刻同期ネットワーク回路において、
前記第２ステーションのうちの一つのステーションであってスイッチ機能を有するステーションから、前記第２ステーションのうちの他のステーションであってセンサによる計測データを処理する機能を備えたセンサ信号計測ステーションに、電源を供給する電源供給線と、
前記第１ステーションと前記スイッチ機能を有するステーションとの間で、前記基準時刻を示すシリアル構成の時刻データを送受信する手段と、
前記スイッチ機能を有するステーションに設けられ、かつ、前記時刻データを前記電源供給線に重畳して送信する手段と、
前記センサ信号計測ステーションに設けられ、かつ、前記電源供給線を介して受信した信号から前記時刻データを抽出すると共に、この時刻データを前記センサによる計測データに付加する手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した時刻同期ネットワーク回路において、
前記第１ステーションが、前記スイッチ機能を有するステーションに対して、前記時刻データをマルチキャスト通信またはブロードキャスト通信により送信する手段を備えたものである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した時刻同期ネットワーク回路において、
前記センサ信号計測ステーションは、前記時刻データ付きの前記計測データを前記スイッチ機能を有するステーションに送信する手段を備え、
前記スイッチ機能を有するステーションは、前記センサ信号計測ステーションから受信した前記時刻データ付きの前記計測データを前記第１ステーションに送信する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数のセンサ信号計測ステーションに対する電源供給線に時刻信号を重畳させ、センサ信号計測ステーション側で上記時刻信号を抽出して計測データに付加するようにしたので、特定のステーションの処理負担を増大させることもなく、複数の計測データ間で高精度な時刻同期を行うことができる。
また、データの受信確認を行わずに高速通信を可能とした通信プロトコルとして、ＵＤＰ／ＩＰ（User Datagram Protocol/Internet Protocol）が知られているが、本発明のように、ＲＳ４８５インターフェース等を利用して時刻信号を送受信し、第１ステーション側でその受信を確認することで、ＵＤＰ／ＩＰによる高速通信を損なわずに信頼性の高い時刻同期ネットワーク回路を構築することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る時刻同期ネットワーク回路の構成図である。
【図２】本発明の実施形態による送信信号の説明図である。
【図３】本発明の実施形態による応答信号の説明図である。
【図４】従来技術を示すネットワーク構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、この実施形態に係る時刻同期ネットワーク回路の構成図であり、図４と同様に複数のステーションを有線のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）によるローカルエリアネットワークにより接続して構成されている。なお、図１において、図４と同一の番号を付した部分は同一の機能を有しており、以下では図４と異なる部分を中心に説明する。
【００２０】
図１の実施形態が図４と異なる点は、まず、スイッチ機能を有する第２ステーション２Ａとセンサ信号計測ステーションである他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａとを接続する電源供給用のケーブル２１ａ，２２ａ，２３ａのスペア線に、ＲＳ４８５インターフェースによるシリアル構成の時刻信号を重畳させたことにある。
すなわち、第２ステーション３Ａには、ＲＳ４８５インターフェースのシリアル通信ラインを絶縁するためのパルストランス３２２が追加され、時刻信号が重畳された第２ステーション２Ａからのシリアル受信信号は、パルストランス３２２、信号線３２２ａ、受信デバイス３２１ａ、更には、信号線３２１ｃを介して、信号処理部３１２内の送受信データ処理部３１２ａに入力される。
【００２１】
図示されていないが、他の第２ステーション４Ａ，５Ａも第２ステーション３Ａと同様に、ＲＳ４８５インターフェースによるシリアル受信信号を処理するための回路構成を備えている。
なお、センサ信号計測ステーションを含む第２ステーションの数は図１の例に何ら限定されず、第２ステーション２Ａに相当するステーションを第１ステーション１に複数並列的に接続しても良いし、第２ステーション２Ａに更に多数のセンサ信号計測ステーションを並列的に接続しても良い。
【００２２】
また、第２ステーション３Ａには、シリアル送信信号を信号処理部３１２の送受信データ処理部３１２ａから送信し、時刻信号の受信結果を、信号ライン３２１ｃを介して送信器３２１ｂ、信号線３２２ｂ及びパルストランス３２２によりケーブル２１ａのスペア線に送信する機能が付加されている。
図示されていないが、他の第２ステーション４Ａ，５Ａも第２ステーション３Ａと同様に、上記シリアル送信信号を処理するための回路構成を備えている。
【００２３】
一方、第１ステーション１にケーブル１１ａを介して接続されている第２ステーション２Ａにも、ＲＳ４８５インターフェースのシリアル通信ラインを絶縁するためのパルストランス２５２，２６２，２７２が追加され、他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａに対する信号を送信するＲＳ４８５インターフェースの送信器２５３，２６３，２７３が追加されている。第１ステーション１からケーブル１１ａを経由して送信された時刻信号は、第２ステーション２Ａにおいて、パルストランス２１１を介して受信器２１２にてインピーダンス変換され、送信ライン２５３ａ、送信器２５３，２６３，２７３、パルストランス２５２，２６２，２７２及びケーブル２１ａ，２２ａ，２３ａを介して、他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａに一括送信される。
【００２４】
また、第２ステーション２Ａには、他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａからの信号をパルストランス２５２，２６２，２７２を介して受信するＲＳ４８５インターフェースの受信器２５４，２６４，２７４が追加されている。これらの受信器２５４，２６４，２７４による受信信号は、受信ライン２５４ａ，２６４ａ，２７４ａを介して受信信号プロセッサ２３１に入力されている。
受信信号プロセッサ２３１は、第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａからの受信信号、すなわち、時刻信号の受信結果の良否を示す信号を整理・判断し、その結果を送信器２１３及びパルストランス２１１を介して第１ステーション１に送信する。なお、この送信処理により、第１ステーション１から見たときに、第２ステーション２Ａが他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａを一括したものと見なすことができる。
【００２５】
次に、図２は、本実施形態による送信信号の説明図である。この送信信号は、時刻データを含む送信データをロジック信号に変換し、この送信データロジック信号と基本クロック信号との排他的論理和（排他ｏｒ）をとった信号から構成されている。
なお、送信データは、startビット、stopビットと、４８ビットの時刻データ及び送信元アドレス都から構成されており、時刻データは、図示するように各８ビットの６つのデータ（秒データ、分データ、時間データ、日データ、月データ、年データ）からなっている。この送信データに基づく送信信号は、例えば５分毎に図１の第１ステーション１からマルチキャスト通信またはブロードキャスト通信により送信され、第２ステーション２Ａを経由して他の第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａに送られる。
【００２６】
送信信号を受信した第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａは、送信信号を復調して自身の時刻を推定する。これと同時に、各ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａ内のセンサ３１１による計測データの時刻を、信号処理部３１２に内蔵されたタイマーユニットにより、１０[ｍｓ]単位で設定する。
前記基本クロック信号の周波数を５００[ｋＨｚ]とすると、第１ステーション１から第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａまで、０．２[ｍｓ]で信号送信を完了させることができる。
【００２７】
一方、図３は本実施形態による応答信号の説明図である。この応答信号は、図２に対応して、第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａから第１ステーション１への応答信号であるため、図２に示した送信信号の送信間隔である５分以内に返信されればよく、第２ステーション２Ａの受信信号プロセッサ２３１によりバッファリングする構成とする。
【００２８】
図２または図３に示すような信号処理を実現するためのロジック機能は、図１の第１ステーション１内のデータ送受信部１３、第２ステーション２Ａ内の受信信号プロセッサ２３１、及び、第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａ内の送受信データ処理部３１２ａによって実現される。これらのデータ送受信部１３、受信信号プロセッサ２３１、送受信データ処理部３１２ａには、図２または図３に示した基本クロック信号を発生するクロック発生器が内蔵されている。
【００２９】
図１におけるデータ送受信部１３は、図２の送信データロジック信号と内部の基本クロック信号との排他的論理和をとった信号をケーブル１１ａへ送信する。
第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａ内の送受信データ処理部３１２ａでは、内部の基本クロック信号と図２の送信信号とから送信データを復調する機能を備えている。更に、送受信データ処理部３１２ａは、図３に示すように、応答データロジック信号と内部の基本クロック信号との排他的論理和をとった信号を応答信号としてケーブル２１ａ，２２ａ，２３ａへ送信する。
また、第２ステーション２Ａ内の受信信号プロセッサ２３１では、内部の基本クロック信号と図３の応答信号とから図３の応答データを復調する機能を備えている。
【００３０】
受信信号プロセッサ２３１は、第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａからの応答データを一括して第１ステーション１に応答するデータを生成するとともに、この応答データと内部の基本クロック信号との排他的論理和をとった信号を第１ステーション１内のデータ送受信部１３に応答する。なお、第１ステーション１も、内部の基本クロック信号と図３の応答信号とから、図３の応答データを復調する機能を備えている。
【００３１】
以上のような動作により、第２ステーション３Ａ，４Ａ，５Ａにより取得したセンサ計測信号の時刻同期処理を実現し、併せて、第１ステーション１側では、時刻信号の受信確認を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００３２】
１  第１ステーション
１１  時刻基準器
１１ａ  ケーブル
１２  データ保管部
１３  データ送受信部
２，２Ａ  第２ステーション
２１ａ，２２ａ，２３ａ  ケーブル
２０１  電源部
２１１  パルストランス
２１１ａ  通信ライン
２１２  受信器
２１３  送信器
２２１  スイッチデバイス
２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ  通信ライン
２２２，２３２，２４２  パルストランス
２３１  受信信号プロセッサ
２５２，２６２，２７２  パルストランス
２５３，２６３，２７３  送信器
２５３ａ  送信ライン
２５４，２６４，２７４  受信器
２５４ａ，２６４ａ，２７４ａ  受信ライン
３，３Ａ，４，４Ａ，５，５Ａ  第２ステーション（センサ信号計測ステーション）
３０１  スイッチング電源
３０２  内部電源
３１１  センサ
３１１ａ  信号線
３１２  信号処理部
３１２ａ  送受信データ処理部
３１３  ＰＨＹ（Physical Layer Transceiver）
３１３ａ  信号線
３１４  パルストランス
３１４ａ  信号線
３２１ａ  受信器
３２１ｂ  送信器
３２１ｃ  信号線
３２２  パルストランス
３２２ａ，３２２ｂ  信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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