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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-01-20
(45)【発行日】2025-01-28
(54)【発明の名称】時刻同期方式、時刻同期方法
(51)【国際特許分類】
H04L 7/00 20060101AFI20250121BHJP
【ＦＩ】
H04L7/00 990
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020159213
(22)【出願日】2020-09-24
(65)【公開番号】P2022052785
(43)【公開日】2022-04-05
【審査請求日】2023-02-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】川岸 正幸
【審査官】原田 聖子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００８／１２９５９３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１４６００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１６７５８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／１２３２７２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リング型ネットワークの特性を測定するキャリブレーションモードと、前記測定の結果に基づく同期モードとの実行により、
前記リング型ネットワーク上のスレーブ群をマスターに時刻同期させる方式であって、
前記キャリブレーションモードにおいて、
一般トラフィックが流入しない設定下で、前記マスターの送信した同期用メッセージを前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信するリング周回を複数回にわたって実行し、
前記マスターは、前記各リング周回のリング周回時間を測定し、測定されたリング周回時間群から要求精度に応じた最短時間を標準リング周回時間として算出し、
前記同期モードにおいて、
前記マスターは、前記キャリブレーションモードと同様に前記同期用メッセージを定期的に周回させ、
前記定期的に周回される前記同期用メッセージのリング周回時間と、前記標準リング周回時間との差分を超過遅延時間として算出し、
前記超過遅延時間が事前設定の許容水準を超えていれば前記各スレーブに広告する一方、
前記各スレーブは、前記広告に応じて前記マスターのクロックで計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出し、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブのクロックと前記マスターのクロックとの誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブのクロックを補正する
ことを特徴とする時刻同期方式。
【請求項2】
前記キャリブレーションモードにおいて前記マスターは、自身から前記各スレーブに至るまでに経過するホップ数を算出し、前記同期モードにおいて、前記リング周回時間を用いて前記スレーブ１台あたりの通過遅延時間を推定し、
前記推定の結果に前記ホップ数を乗算することで各スレーブまでの伝送遅延を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の時刻同期方式。
【請求項3】
前記同期モードにおいて前記マスターは、前記広告により、
前記超過遅延時間の生じた前記同期用メッセージの受信時刻を破棄させることを特徴とする請求項１または２記載の時刻同期方式。
【請求項4】
前記同期モードにおいて前記マスターは、前記同期用メッセージの周回時間を前記スレーブに後追いで通知し、前記ホップ数を前記スレーブに知らせるメッセージを送信することを特徴とする請求項２記載の時刻同期方式。
【請求項5】
前記同期モードにおける時刻同期の完了後に一般トラフィックが、前記リング型ネットワークに流入可能な通常モードに遷移することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の時刻同期方式。
【請求項6】
前記通常モードへの遷移後にキャリブレーションモードまたは同期モードへフォールバック遷移が可能なことを特徴とする請求項５記載の時刻同期方式。
【請求項7】
リング型ネットワークの特性を測定するキャリブレーションモードと、前記測定の結果に基づく同期モードとの実行により、
前記リング型ネットワーク上のスレーブ群をマスターに時刻同期させる方法であって、
前記キャリブレーションモードは、
一般トラフィックが流入しない設定下で、前記マスターの送信した同期用メッセージを前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信するリング周回を複数回にわたって実行するステップと、
前記マスターが、前記各リング周回のリング周回時間を測定し、測定されたリング周回時間群から要求精度に応じた最短時間を標準リング周回時間として算出するステップと、
を有し、
前記同期モードは、
前記マスターが、前記キャリブレーションモードと同様に前記同期用メッセージを定期的に周回させるステップと、
前記定期的に周回される前記同期用メッセージのリング周回時間と、前記標準リング周回時間との差分を超過遅延時間として算出するステップと、
前記超過遅延時間が事前設定の許容水準を超えていれば前記各スレーブに広告するステップと、
前記各スレーブが、前記広告に応じて前記マスターのクロックで計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出するステップと、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブのクロックと前記マスターのクロックとの誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブのクロックを補正するステップと、
を有することを特徴とする時刻同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、通信分野におけるノード間の時刻同期に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＥＥＥ１５８８に規定するＰＴＰ（Precision Time Protocol）は、基本的にマスター：スレーブの二点のノード間における時刻同期を図っている（特許文献１，非特許文献１参照）。
【0003】
ＰＴＰによる時刻同期は、マスター・スレーブ間における１対１の処理で同期を取るので、トポロジー制約が無いことが利点な反面、スレーブの台数が増加するに従ってマスターへのトラフィック集中が問題となる。
【0004】
また、ＰＴＰによる時刻同期は、マスター・スレーブの二点間における往路・復路の伝送遅延が同一であることを前提としているが、一般的なイーサネット（登録商標）網では、かかる前提の成立は保証されず、時刻同期の品質が不安定となり易い。
【0005】
（１）時刻同期の基本的な考え方
図１中のマスタークロックとスレーブクロックとは、マスター・スレーブに内蔵されたクロック（時計）を示し、両クロックの偏差を「Δｔ」とする。ここではマスタークロックを基準時計とするため、偏差「Δｔ」はスレーブクロック側の「誤差」といえる。
図１中のマスタークロックとスレーブクロックとは、マスター・スレーブに内蔵されたクロック（時計）を示し、両クロックの偏差を「Δｔ」とする。ここではマスタークロックを基準時計とするため、偏差「Δｔ」はスレーブクロック側の「誤差」といえる。
【0006】
例えばマスタークロックの時刻を「Ｔ」・スレーブクロックの時刻を「Ｔ´」とすれば、「Ｔ´＝Ｔ＋Δｔ」と表すことができる。また、「Δｔ＞０」の場合にはスレーブクロックの時刻が進み、「Δｔ＜０」の場合にはスレーブクロックの時刻が遅れていることとなる。
【0007】
したがって、「時刻同期」は「Δｔ＝０（０に限りなく近づける）」ことを意味する。このときスレーブが、自身のクロックの「Δｔ」を求めることができれば、その分の時刻の進み／遅れを補正することでマスタークロックと同期することが可能となる。
【0008】
（２）従来の時刻同期
図２に示す従来の時刻同期方法では、マスターからスレーブに同期用メッセージ「ＳＹＮＣメッセージ」を送信する。このメッセージには、送信時刻Ｔ１が打刻されている。
図２に示す従来の時刻同期方法では、マスターからスレーブに同期用メッセージ「ＳＹＮＣメッセージ」を送信する。このメッセージには、送信時刻Ｔ１が打刻されている。
【0009】
「ＳＹＮＣメッセージ」を受信したスレーブは、同メッセージの受信時刻「Ｔ´」を自らのスレーブクロックで計測する。このとき「ＳＹＮＣメッセージ」の伝搬時間が要求精度に比べて十分に小さければ、「Δｔ」は式（１）のように算出される。
【0010】
【数1】
【0011】
ただし、「ＳＹＮＣメッセージ」送信時刻を打刻するには、ある程度高度なハードウェア（ＨＷ）が必要となる。そこで、前記ハードウェアを持たないノードの場合には、図３に示すように、送信時刻を後追いの「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」で通知する。
【0012】
（３）伝送遅延の問題
前述した従来の時刻同期は、「ＳＹＮＣメッセージ」の伝搬時間が要求精度に比べて十分に小さいことを前提条件とする。図４は、かかる前提条件が満たされない場合を示している。
前述した従来の時刻同期は、「ＳＹＮＣメッセージ」の伝搬時間が要求精度に比べて十分に小さいことを前提条件とする。図４は、かかる前提条件が満たされない場合を示している。
【0013】
図３中のマスター・スレーブ間の伝送遅延「Ｄ１≠０」とするならば、式（１）には伝送遅延成分Ｄ１が余分に含まれているので、式（２）の方程式に示すように、余分な成分（Ｄ１）を差分することで等式が成立する。
【0014】
【数2】
【0015】
このとき「Δｔ」を求めるには「Ｄ１」の値が必要である。「Ｄ１」の値は、「Ｔ´２－Ｔ´１」なため、式（３）となる。この式（３）は右辺に変数の「Δｔ」が残る。
【0016】
【数3】
【0017】
その結果、「Δｔ」を計算するには正しい「Ｄ１」の値が必要だが、「Ｄ１」の値を算出するには「Δｔ」が必要となる。これは「鶏と卵」のパラドックスといえる。すなわち、数学的観点からすれば、二つの変数の値を確定するには二本の方程式を必要とするが、一つしか方程式を立てられない状態であり、解が求められない問題が生じる。
【0018】
（４）ＰＴＰの解決方法
ＰＴＰでは、前記問題を解決するため、「伝送遅延が往路・復路で同じ」と仮定し、図５の処理を実行する。ここでは従来の時刻同期方法に次の処理が追加されている。
・スレーブは、マスターに対して「ＤＥＬＡＹ ＲＥＱメッセージ」を送信する。このメッセージの送信時刻「Ｔ´３」を自身のスレーブクロックで測定する。
・「ＤＥＬＡＹ ＲＥＱメッセージ」を受信したマスターは、その受信時刻「Ｔ４」をスレーブに「ＤＥＬＡＹ ＲＥＳ」メッセージとして返信する。この返信を受信したスレーブは、同メッセージの時刻「Ｔ４」を入手する。
ＰＴＰでは、前記問題を解決するため、「伝送遅延が往路・復路で同じ」と仮定し、図５の処理を実行する。ここでは従来の時刻同期方法に次の処理が追加されている。
・スレーブは、マスターに対して「ＤＥＬＡＹ ＲＥＱメッセージ」を送信する。このメッセージの送信時刻「Ｔ´３」を自身のスレーブクロックで測定する。
・「ＤＥＬＡＹ ＲＥＱメッセージ」を受信したマスターは、その受信時刻「Ｔ４」をスレーブに「ＤＥＬＡＹ ＲＥＳ」メッセージとして返信する。この返信を受信したスレーブは、同メッセージの時刻「Ｔ４」を入手する。
【0019】
その結果、「Δｔ＝Ｔ４－Ｔ´３－Ｄ２」の新たな方程式を立てることが可能となる。これにより「未知変数×２」・「方程式×２」となり、伝送遅延「Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ」を前提に偏差「Δｔ」を求めている。
【0020】
具体的に偏差「Δｔ」の算出方法を説明すれば、まず「Ｄ１」と「Ｄ２」とは、式（４）（５）の通りであることは明らかである。
【0021】
【数4】
【0022】
【数5】
【0023】
つぎにマスタークロック・スレーブクロックの偏差「Δｔ」の定義（Ｔ´＝Ｔ＋Δｔ）から式（６）（７）が成立する。
【0024】
【数6】
【0025】
【数7】
【0026】
そうすると式（６）（７）を式（４）（５）に代入すれば、式（８）（９）が成立する。
【0027】
【数8】
【0028】
【数9】
【0029】
ここで伝送遅延「Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ」が前提なため、式（１０）が成立する。
【0030】
【数10】
【0031】
式（１０）の値を「Ｄ」とすれば、式（８）（９）は式（１１）（１２）と表すことができる。
【0032】
【数11】
【0033】
【数12】
【0034】
「式（１２）－式（１１）」を評価すると、左辺の「Ｄ」が相殺され、「Δｔ」について解くと、式（１３）が得られる。スレーブは、この偏差「Δｔ」に基づき自身のクロックを補正することでマスターとの時刻同期を図っている。
【0035】
【数13】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0036】
【文献】特開２０１８－１７４４４５
【非特許文献】
【0037】
【文献】“Ｅｎｄｒｕｍ ＩＥＥＥ １５８８ ＰＴＰ グランドマスタークロック”，［ｏｎｌｉｎｅ］，令和２年９月１１日検索，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.shoshin.co.jp/c/endrum/1588ptp.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0038】
前述のようにＰＴＰでは、伝送遅延「Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ」を前提に偏差「Δｔ」を求めている。しかしながら、イーサネットにおいて、ノード間の往路・復路の伝送遅延が同一であることは保証されず、また期待することもできない。
【0039】
イーサネットにおける伝送遅延の変動は、主にイーサネットスイッチの転送処理に起因して生じる。すなわち、ＰＴＰパケットがイーサネットスイッチを通過する際、転送先ポートに送信中のパケットが存在する否かによって変動を受ける。
【0040】
転送先ポートに送信中のパケットが存在しなければ、送信待ちが発生せずに転送される。一方、転送先ポートに送信中のパケットが存在すれば、該パケットが完全に送出されるまで後続のパケットは待機状態を強いられる。これはパケットに優先度が設定されていても同じである。
【0041】
したがって、転送先ポートに先行パケットが存在するか否か（あるいは先行パケットの長さ）に応じて伝送遅延に変動が生じ、往路・復路で伝送遅延が同一となることは期待できない。ＰＴＰでは、このような突発的な誤差（先行パケットの有無）の混入が本質的に回避できないので、移動平均などの平滑化機構を実装する必要が生じる。この平滑化機能により突発的に混入した誤差を前後の測定値で平坦に均すことは可能であるが、その代償として時刻同期にかかる時間が増大するおそれがある。
【0042】
そもそもＰＴＰが往路・復路の伝送遅延が同一であることを前提としなければならないのは、前述のパラドックスを根本原因とする。すなわち、マスタークロック・スレーブクロック間の誤差を計算するために、その二つのクロックで時間差を測定しなければならないこと自体に矛盾が潜んでいる。
【0043】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、ノード間の往復の伝送遅延が同一であることが保証されていない状況下において、伝送遅延をマスター・スレーブのそれぞれのクロックではなく、マスタークロックのみで計測することで時刻同期の品質の安定化を図ることを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0044】
（１）本発明の一態様は、リング型ネットワーク上のスレーブ群をマスターに時刻同期させる方式であって、
前記マスターの送信した同期用メッセージを、前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信することで前記ネットワーク上を周回させ、
前記マスターのクロックで計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出し、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブのクロックと前記マスターのクロックとの誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブのクロックを補正することを特徴としている。
前記マスターの送信した同期用メッセージを、前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信することで前記ネットワーク上を周回させ、
前記マスターのクロックで計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出し、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブのクロックと前記マスターのクロックとの誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブのクロックを補正することを特徴としている。
【0045】
（２）本発明の他の態様は、リング型ネットワーク上のスレーブ群をマスターに時刻同期させる方法であって、
前記マスターの送信した同期用メッセージを、前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信することで前記ネットワーク上を周回させるステップと、
前記マスターの内蔵時計で計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出するステップと、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブの内蔵時計と前記マスターの内蔵時計との誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブの内蔵時計を補正して前記マスターの内蔵時計と同期するステップと、を有することを特徴としている。
前記マスターの送信した同期用メッセージを、前記各スレーブが順次に転送・中継した後に前記マスターで受信することで前記ネットワーク上を周回させるステップと、
前記マスターの内蔵時計で計測された前記同期用メッセージの送信時刻および受信時刻に基づき前記同期用メッセージの伝送遅延を算出するステップと、
前記伝送遅延を用いて前記スレーブの内蔵時計と前記マスターの内蔵時計との誤差を算出し、算出された誤差に基づき前記スレーブの内蔵時計を補正して前記マスターの内蔵時計と同期するステップと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【0046】
本発明によれば、ノード間の往復の伝送遅延が同一であることが保証されていない状況下において、伝送遅延をマスター・スレーブのそれぞれのクロックではなく、マスターのクロックのみで計測するため、時刻同期の品質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】マスター・スレーブ間の時刻偏差の模式図。
【図2】従来の時刻同期を示す模式図。
【図3】「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」の後追い通知を示す模式図。
【図4】「伝送遅延＝０」とみなせない場合の模式図。
【図5】ＰＴＰの時刻同期処理を示す模式図。
【図6】本発明の実施形態に係る時刻同期方式（方法）の「ＳＹＮＣメッセージ」送信を示す説明図。
【図7】同 「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」送信を示す説明図。
【図8】マスターのブロック図。
【図9】スレーブのブロック図。
【図10】（ａ）は「ＳＹＮＣメッセージ」・「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」・「ＰＲＯＢＥメッセージ」を構成するイーサネットフレームの構成図、（ｂ）は「ＳＹＮＣメッセージ」のイーサネットフレームペイロードの構成図、（ｃ）は「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」の同ペイロードの構成図、（ｄ）は（ｃ）の「ＦＬＡＧＳ」の説明図、（ｅ）は「ＰＲＯＢＥメッセージ」のイーサネットペイロードの構成図。
【図11】各モードの状態遷移図。
【図12】リング周回時間の測定結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、本発明の実施形態に係る時刻同期方式（方法）を説明する。この時刻同期方式（方法）は、リング型の接続形態（トポロジー）に限定することで従来問題の元凶、即ち「伝送遅延を誤差のある二つのクロック（マスタークロック・スレーブクロック）で測定する」事態の回避を図っている。
【0049】
これにより既存技術（ＰＴＰ）よりも効率的で確実性の高い時刻同期を提供でき、特にＴＳＮ（Ｔｉｍｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）への適用が好適となる。
【0050】
具体的には前記時刻同期方式は、リング型ネットワーク（リング型ＬＡＮ，リングトポロジー，系：以下、リングと省略する。）の円環状の伝送路で使用され、該ネットワーク上に存在するマスターノードが自身のリングポート（リングに接続される二つのポート）の一方から「ＳＹＮＣメッセージ」を隣接するスレーブに送信する。
【0051】
そして、「ＳＹＮＣメッセージ」を受信したスレーブが隣接するスレーブに順次にハードウェア転送（ＨＷ転送）することで「ＳＹＮＣメッセージ」をリングに周回させ、マスターの他方のリングポートで受信する。これによりリングを一周するのにかかる伝送遅延は、マスターノードのグランドマスタークロックだけで測定することができ、スレーブクロックとのクロック間誤差が入り込む余地が無くなる。
【0052】
また、伝送遅延変動がない場合の周回遅延をあらかじめ測定し、運用時に許容範囲を越えて遅延した「ＳＹＮＣメッセージ」の破棄を指示することで誤った時刻同期を回避し、同期精度の劣化の軽減を図っている。
【実施例】
【0053】
≪ネットワーク構成≫
図６および図７に基づき前記時刻同期方式の実施例のネットワーク構成を説明する。図６および図７中の１０はリングを示し、マスターノード（以下、マスターと省略する。）１と、スレーブノード（以下、スレーブと省略する。）１ａ～１ｉと、が円環状の伝送路に通信可能に接続されている。
図６および図７に基づき前記時刻同期方式の実施例のネットワーク構成を説明する。図６および図７中の１０はリングを示し、マスターノード（以下、マスターと省略する。）１と、スレーブノード（以下、スレーブと省略する。）１ａ～１ｉと、が円環状の伝送路に通信可能に接続されている。
【0054】
このリング１０では、図１に示すように、マスター１が定期的に「ＳＹＮＣメッセージ」７を送信し、リング１０上を周回させる。また、「ＳＹＮＣメッセージ」７の周回後にマスター１は、「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を送信し、リング１０上を周回させる。この二つのメッセージ７，８の周回によって１回の同期処理単位を構成する。
【0055】
マスター１による「ＳＹＮＣメッセージ」７および「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の送信は、双方向であることが望ましいが、単方向であってもよい。また、周回（ループ）の終端箇所はマスター１となり、マスター１は一般トラフィックが無限巡回しないようにスイッチング動作を構成する。
【0056】
これは「ＳＴＰ」で言うところの「ブロッキングポート」に該当するが、リングポートをブロッキング状態にすると前記各メッセージ７，８も不通になるので、他の手法で実現する。
【0057】
≪マスター１・スレーブ１ａ～１ｉの構成≫
図８および図９に基づきマスター１・スレーブ１ａ～１ｉの構成を説明する。マスター１・スレーブ１ａ～１ｉは、共に一般的なＰＴＰ対応のスイッチングハブ（スイッチ）と同類の構造を有している。
図８および図９に基づきマスター１・スレーブ１ａ～１ｉの構成を説明する。マスター１・スレーブ１ａ～１ｉは、共に一般的なＰＴＰ対応のスイッチングハブ（スイッチ）と同類の構造を有している。
【0058】
すなわち、リング１０のシンクロリングプロトコルを実行するＣＰＵ２と、パケットを転送するスイッチエンジン３と、同期対象のクロック（内蔵時計）４と、「ＳＹＮＣメッセージ」の送受信を検知し、その時刻を記録するタイムスタンプレジスター５ａ，５ｂと、リング１０に接続されるイーサネットポートで構成されるリングポート６ａ，６ｂとを備えている。
【0059】
ただし、マスター１のスイッチエンジン３は、一般パケットの無限巡回を防止する観点からＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ ＬＡＮ），ＡＣＬ（Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｓｔ）などの既存の仕組みを応用する。
【0060】
なお、タイムスタンプレジスター５ａ，５ｂについてＰＴＰでは「ＳＹＮＣメッセージ」７に直接打刻する機能も使用されるが、本実施例では必ず「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の送信が必要なため、前記直接打刻は不要である。
【0061】
≪フレーム構成≫
図１０（ａ）～（ｄ）に基づき実施例の時刻同期処理に必要な「ＳＹＮＣメッセージ」７および「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の構成例を説明する。
図１０（ａ）～（ｄ）に基づき実施例の時刻同期処理に必要な「ＳＹＮＣメッセージ」７および「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の構成例を説明する。
【0062】
具体的には両メッセージ７，８は、共に図１０（ａ）に示すイーサネットフレームにより構成されている。図１０（ｂ）（ｃ）は、両メッセージ７，８のイーサネットペイロード「ＰＡＹＬＯＡＤ」のフィールドを示している。表１は、前記フィールドのメッセージフォーマットを示している。
【0063】
【表1】
【0064】
【0065】
【表2】
【0066】
≪動作処理≫
本実施例のリング全体の動作として、図１１に示すように、（１）キャリブレーションモード，（２）同期モード，（３）通常動作モードが用意されている。
本実施例のリング全体の動作として、図１１に示すように、（１）キャリブレーションモード，（２）同期モード，（３）通常動作モードが用意されている。
【0067】
すなわち、キャリブレーションモードでリングの特性を測定し、測定の結果に基づき同期モードで時刻同期を取り、通常動作モードに遷移して時刻同期の状態を維持しつつ一般トラフィックの通行を開始する。
【0068】
時刻同期の状態を維持するため、通常動作モードにおいても同期モードで行っていた時刻同期の処理を継続する。この両者の違いは、一般トラフィックをリング上に流入させるか否かのみである。
【0069】
通常動作モードにおいて、一般トラフィックの影響で時刻同期の同期品質の維持が困難となった場合には、一時的に同期モードにフォールバックして時刻同期を取り直し、改めて通常動作モードに遷移して一般トラフィックの通行を再開することができる。
【0070】
［キャリブレーションモード］
キャリブレーションモードでは、一般トラフィックがリング内に流入しないように設定した上で、リングの特性を測定する。
キャリブレーションモードでは、一般トラフィックがリング内に流入しないように設定した上で、リングの特性を測定する。
【0071】
一般トラフィックの流入を防止する方法としては、
・ＳＴＰブロッキングステートにて遮蔽する
・ＶＬＡＮでリングポートを隔離する
・ＡＣＬで一般パケットを選別する
・一般ポートをシャットダウンする
・一般ポートのＬＡＮケーブルを抜く
など多様な実装が想定できる。
・ＳＴＰブロッキングステートにて遮蔽する
・ＶＬＡＮでリングポートを隔離する
・ＡＣＬで一般パケットを選別する
・一般ポートをシャットダウンする
・一般ポートのＬＡＮケーブルを抜く
など多様な実装が想定できる。
【0072】
キャリブレーションモードでは、以下の二つを測定項目とする。
・測定項目１：リング周回時間Ｔｒ
・測定項目２：スレーブ位置Ｈ
（１）測定項目１：リング周回時間Ｔｒ
キャリブレーションモードにおいては、一般トラフィックをリング１０上から完全に排除する。したがって、スイッチにおける転送遅延時間は最短かつ無変動であることが合理的に期待される。以下、リング周回時間Ｔｒの測定処理ステップ（Ｓ０１～Ｓ０６）を説明する。
Ｓ０１：「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信
マスター１は、リングポート６ａから「ＳＹＮＣメッセージ」７を隣接するスレーブ１ａに送信する。表３は、「ＳＹＮＣメッセージ」７のイーサネットペイロードのフィールドへの記載内容を示している。ここで「Ｆ」は「ＦＬＡＧＳ（フラグ）」を示している。
・測定項目１：リング周回時間Ｔｒ
・測定項目２：スレーブ位置Ｈ
（１）測定項目１：リング周回時間Ｔｒ
キャリブレーションモードにおいては、一般トラフィックをリング１０上から完全に排除する。したがって、スイッチにおける転送遅延時間は最短かつ無変動であることが合理的に期待される。以下、リング周回時間Ｔｒの測定処理ステップ（Ｓ０１～Ｓ０６）を説明する。
Ｓ０１：「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信
マスター１は、リングポート６ａから「ＳＹＮＣメッセージ」７を隣接するスレーブ１ａに送信する。表３は、「ＳＹＮＣメッセージ」７のイーサネットペイロードのフィールドへの記載内容を示している。ここで「Ｆ」は「ＦＬＡＧＳ（フラグ）」を示している。
【0073】
【表3】
【0074】
「ＳＹＮＣメッセージ」７がマスター１のリングポート６ａを通過する際、タイムスタンプレジスター５ａにより送信時刻が記録される。
ＰＴＰでは、送信時刻を「ＳＹＮＣメッセージ」７に直接打刻する機能を用いる場合があるものの、前述のように本実施例では「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の送信を必須とするため、前記直接打刻の機能は必要ない。すなわち、マスター１は、「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信時刻を同レジスター５ａから取り出して記録する。ここで記録された時刻の値を「Ｔ１」とする。
ＰＴＰでは、送信時刻を「ＳＹＮＣメッセージ」７に直接打刻する機能を用いる場合があるものの、前述のように本実施例では「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の送信を必須とするため、前記直接打刻の機能は必要ない。すなわち、マスター１は、「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信時刻を同レジスター５ａから取り出して記録する。ここで記録された時刻の値を「Ｔ１」とする。
【0075】
Ｓ０２：「ＳＹＮＣメッセージ」７の中継
スレーブ１ａは、マスター１の送信した「ＳＹＮＣメッセージ」７を受信し、さらにスイッチエンジン３によってネイバーのスレーブ１ｂにハードウェア転送で中継する。この中継をスレーブ１ｂ～１ｉが順次に繰り返し、同メッセージ７をリング１０上に周回させる。
スレーブ１ａは、マスター１の送信した「ＳＹＮＣメッセージ」７を受信し、さらにスイッチエンジン３によってネイバーのスレーブ１ｂにハードウェア転送で中継する。この中継をスレーブ１ｂ～１ｉが順次に繰り返し、同メッセージ７をリング１０上に周回させる。
【0076】
すなわち、各スレーブ１ａ～１ｉは、一方のリングポート６ａで受信した「ＳＹＮＣメッセージ」７を加工せずに対向のリングポート６ｂから送信する。これはマルチキャストフレームに対するフラッディング動作であり、一般的なスイッチエンジンであれば、実行することができる。
【0077】
このときリングポート６ａにおいて、タイムスタンプレジスター５ａが「ＳＹＮＣメッセージ」７の通過時刻を記録する。ここで記録された時刻をスレーブ１ａ～１ｉごとに「Ｔａ～Ｔｉ」とする。この「Ｔａ～Ｔｉ」の値は、後述する「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の受信時に参照される。
【0078】
「ＳＹＮＣメッセージ」７は、各スレーブ１ａ～１ｉのＣＰＵ２にミラーリング（複製）される。一般的なスイッチエンジンは、予約マルチキャストパケットをＣＰＵ２でキャッチする機能を持つので、ＣＰＵ２でこれを受信することは容易に実現できる。
【0079】
「ＳＹＮＣメッセージ」７をＣＰＵ２でキャッチすれば、各スレーブ１ａ～１ｉは、同メッセージ７記載の「ＱＵＩＥＴビット」および「ＱＵＩＥＴ ＴＩＭＥＲ」を参照し、これに従ってリングポート６ａ，６ｂ上にトラフィックが発生しないように自身を設定する。なお、一般トラフィックの流入のみならず、自身のＣＰＵからの送信も停止するものとする。
【0080】
Ｓ０３：「ＳＹＮＣメッセージ」７の帰還
Ｓ０２の中継により「ＳＹＮＣメッセージ」７は、リング上を一周（周回）し、最終的にはマスター１の対向側リングポート６ｂで受信される。このときタイムスタンプレジスター５ｂが受信時刻を記録する。ここで記録された時刻の値を「Ｔ２」とする。
Ｓ０２の中継により「ＳＹＮＣメッセージ」７は、リング上を一周（周回）し、最終的にはマスター１の対向側リングポート６ｂで受信される。このときタイムスタンプレジスター５ｂが受信時刻を記録する。ここで記録された時刻の値を「Ｔ２」とする。
【0081】
その結果、マスター１は、Ｓ０１でタイムスタンプレジスター５ａにより記録された送信時刻Ｔ１と、タイムスタンプレジスター５ｂにより記録された受信時刻Ｔ２に基づきリング周回時間Ｔｒを式（１４）のように計算できる。
【0082】
【数14】
【0083】
式（１４）中の「Ｔ１」および「Ｔ２」は、いずれもマスター１のクロック４により測定した値である。したがって、式（１４）で算出されるリング周回時間Ｔｒについては、マスター１・スレーブ１ａ～１ｉ間のクロック間の偏差による計算誤差が発生する余地がない。
【0084】
Ｓ０４：「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の送信
マスター１は、Ｓ０３のリング周回時間Ｔｒの計算後にリングポート６ａから隣接するスレーブ１ａに「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を送信する。
マスター１は、Ｓ０３のリング周回時間Ｔｒの計算後にリングポート６ａから隣接するスレーブ１ａに「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を送信する。
【0085】
表４は、「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８のイーサネットペイロードのフィールドへの記載内容を示している。ここで「Ｆ」は「ＦＬＡＧＳ（フラグ）」を示している。なお、キャリブレーションモードでは、クロック４の同期は実行しないので、フラグ「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」を常に「１」にセットする。
【0086】
【表4】
【0087】
Ｓ０５：「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の中継・帰還
スレーブ１ａは、「ＳＹＮＣメッセージ」７と同様に「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を受信し、自身のＣＰＵ２でこれをキャッチしてネイバーのスレーブ１ｂに転送中継する。この動作処理をスレーブ１ｂ～１ｉが順次に繰り返し、同メッセージ８をリング１０上に周回させ、周回後にマスター１が受信する。
スレーブ１ａは、「ＳＹＮＣメッセージ」７と同様に「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を受信し、自身のＣＰＵ２でこれをキャッチしてネイバーのスレーブ１ｂに転送中継する。この動作処理をスレーブ１ｂ～１ｉが順次に繰り返し、同メッセージ８をリング１０上に周回させ、周回後にマスター１が受信する。
【0088】
このとき各スレーブ１ａ～１ｉは、「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを参照し、これが「１」であることを検出して前回受信した「ＳＹＮＣメッセージ」７の受信時刻を破棄する。なお、キャリブレーションモードでは時刻同期を開始することがないので、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの値にかかわらず、「ＳＹＮＣメッセージ」７の受信時刻を破棄してもよい。
【0089】
そして、「ＳＹＮＣメッセージ」７の受信時刻の破棄条件を論理式展開すれば、「（ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ）｜｜（ＭＯＤＥ＝ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ）」となる。ここで「｜｜」は論理和を表している。
【0090】
Ｓ０６：繰り返し測定
本実施例では、Ｓ０１～Ｓ０５のステップによりリング周回時間Ｔｒを測定する。このとき一般トラフィックの流入を遮断しているので、測定値は正しいと期待できるが、更なる精度向上のため、図１２に示すように、前記測定を所定回数繰り返す。
本実施例では、Ｓ０１～Ｓ０５のステップによりリング周回時間Ｔｒを測定する。このとき一般トラフィックの流入を遮断しているので、測定値は正しいと期待できるが、更なる精度向上のため、図１２に示すように、前記測定を所定回数繰り返す。
【0091】
図１２では、最短時間「Ｔｍｉｎ」を左の裾野とし、極めて微小な幅を持つ分布の山が得られている。
【0092】
この山の横幅「σ」は、要求される同期精度に比べて十分に小さくなければならない。これが成立しないような劣悪なスイッチエンジンでは、本実施例の方式を実現できない。
【0093】
この山の頂点のＸ座標値を標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」と定義する。標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」は、「ＳＹＮＣメッセージ」７が転送される際に送信待ちを受けずにリング１０を一周するのにかかる時間といえる。
【0094】
標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」が求まるまでは、キャリブレーションモードを継続する。測定回数は、スイッチエンジンの品質やトポロジーの規模、ネットワーク管理者の考え方や過去の経験に応じて定めることができる。なお、リング１０のネットワーク構成が変化した場合にはキャリブレーションをやり直すこととする。
【0095】
（２）測定項目２：スレーブ位置Ｈ
キャリブレーションモードにおいては、標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」の測定とは別に、リング１０上の各スレーブ１ａ～１ｉの位置測定も実施する。ここで、スレーブ１ａ～１ｉの位置は、マスター１から各スレーブ１ａ～１ｉへ至るまでに経過するホップ数である。
キャリブレーションモードにおいては、標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」の測定とは別に、リング１０上の各スレーブ１ａ～１ｉの位置測定も実施する。ここで、スレーブ１ａ～１ｉの位置は、マスター１から各スレーブ１ａ～１ｉへ至るまでに経過するホップ数である。
【0096】
図６および図７に例示したネットワーク構成を反時計回りに評価した場合には、
・スレーブ１ａ＝１ホップ（マスター１から１台目）
・スレーブ１ｂ＝２ホップ（同２台目）
・スレーブ１ｃ＝３ホップ（同３台目）
・スレーブ１ｄ＝４ホップ（同４台目）
・スレーブ１ｅ＝５ホップ（同５台目）
・スレーブ１ｆ＝６ホップ（同６台目）
・スレーブ１ｇ＝７ホップ（同７台目）
・スレーブ１ｈ＝８ホップ（同８台目）
・スレーブ１ｉ＝９ホップ（同９台目）
一方、時計回りに評価した場合には、
・スレーブ１ｉ＝１ホップ（マスター１から１台目）
・スレーブ１ｈ＝２ホップ（同２台目）
・スレーブ１ｇ＝３ホップ（同３台目）
・スレーブ１ｆ＝４ホップ（同４台目）
・スレーブ１ｅ＝５ホップ（同５台目）
・スレーブ１ｄ＝６ホップ（同６台目）
・スレーブ１ｃ＝７ホップ（同７台目）
・スレーブ１ｂ＝８ホップ（同８台目）
・スレーブ１ａ＝９ホップ（同９台目）
となる。
・スレーブ１ａ＝１ホップ（マスター１から１台目）
・スレーブ１ｂ＝２ホップ（同２台目）
・スレーブ１ｃ＝３ホップ（同３台目）
・スレーブ１ｄ＝４ホップ（同４台目）
・スレーブ１ｅ＝５ホップ（同５台目）
・スレーブ１ｆ＝６ホップ（同６台目）
・スレーブ１ｇ＝７ホップ（同７台目）
・スレーブ１ｈ＝８ホップ（同８台目）
・スレーブ１ｉ＝９ホップ（同９台目）
一方、時計回りに評価した場合には、
・スレーブ１ｉ＝１ホップ（マスター１から１台目）
・スレーブ１ｈ＝２ホップ（同２台目）
・スレーブ１ｇ＝３ホップ（同３台目）
・スレーブ１ｆ＝４ホップ（同４台目）
・スレーブ１ｅ＝５ホップ（同５台目）
・スレーブ１ｄ＝６ホップ（同６台目）
・スレーブ１ｃ＝７ホップ（同７台目）
・スレーブ１ｂ＝８ホップ（同８台目）
・スレーブ１ａ＝９ホップ（同９台目）
となる。
【0097】
各スレーブ１ａ～１ｉは、自らの位置（ホップ数）を知っておく必要がある。また、マスター１は、スレーブ１ａ～１ｉの位置を知る必要はないが、各スレーブ１ａ～１ｉに自らの位置を検出させるために、図１０（ａ）（ｅ）に示す「ＰＲＯＢＥメッセージ」９をリングポート６ａ，６ｂの一方から送信する。
【0098】
表５は、「ＰＲＯＢＥメッセージ」９のイーサネットペイロードのフィールドへの記載内容を示している。
【0099】
【表5】
【0100】
「ＰＲＯＢＥメッセージ」９は、他のメッセージとは異なり、送信先イーサネットアドレスを「０１：８０：Ｃ２：００：００：００」とする。これは「ＢＰＤＵ」といわれるフレームであり、フラッディングされずにＣＰＵ２によってのみ受信される。すなわち、リング１０上の各スレーブ１ａ～１ｉのＣＰＵ２によるバケツリレーで転送される。
【0101】
「ＰＲＯＢＥメッセージ」９を受信したスレーブ１ａ～１ｉは、図１０（ｅ）中の「ＮＯＤＥＳ」フィールドの値を１加算した値を自身の位置（マスター１からのホップ数）として記録する。ここで記録された値を「Ｈ」とする。
すなわち、スレーブ１ａ～１ｉは、ホップ数Ｈを「ＮＯＤＥＳ」フィールドに上書きしてネイバーに転送する。これにより「ＮＯＤＥＳ」フィールドの値は、各スレーブ１ａ～１ｉを通過するごとに１ずつ増加する。
このバケツリレーを繰り返すことで、全てのスレーブ１ａ～１ｉが自身の位置を把握できる。この測量は、リング１０の時計回り・反時計回りのそれぞれについて実行する。ただし、前記両メッセージ７，８がどちらか１方向に限定されている場合には、その方向についてのみ実施すればよい。
「ＰＲＯＢＥメッセージ」９は、最終的にはマスター１のリングポート６ａ，６ｂの他方に受信されて帰還する。このとき同メッセージ９に記載された「ＮＯＤＥＳ」フィールドの値が、リング１０上のスレーブ１ａ～１ｉの総数となり、これを「Ｎ」とする。
マスター１は、「Ｎ」の値を、前記各メッセージ７，８の「ＮＯＤＥＳ」フィールドに記載してリング１０の全体に広告する。「Ｎ」の測定後、マスター１・スレーブ１ａ～１ｉは、以下の検算を行う。なお、以下に示す「Ｎ’」・「Ｈ’」は、それぞれ反時計回りの「Ｎ」・「Ｈ」の値を示している。
（マスター１の検算）
マスター１は、時計回り・反時計回りでノード数「Ｎ」・「Ｎ’」が一致する否か、即ち式（１５）が成立するか否かを確認する。
すなわち、スレーブ１ａ～１ｉは、ホップ数Ｈを「ＮＯＤＥＳ」フィールドに上書きしてネイバーに転送する。これにより「ＮＯＤＥＳ」フィールドの値は、各スレーブ１ａ～１ｉを通過するごとに１ずつ増加する。
このバケツリレーを繰り返すことで、全てのスレーブ１ａ～１ｉが自身の位置を把握できる。この測量は、リング１０の時計回り・反時計回りのそれぞれについて実行する。ただし、前記両メッセージ７，８がどちらか１方向に限定されている場合には、その方向についてのみ実施すればよい。
「ＰＲＯＢＥメッセージ」９は、最終的にはマスター１のリングポート６ａ，６ｂの他方に受信されて帰還する。このとき同メッセージ９に記載された「ＮＯＤＥＳ」フィールドの値が、リング１０上のスレーブ１ａ～１ｉの総数となり、これを「Ｎ」とする。
マスター１は、「Ｎ」の値を、前記各メッセージ７，８の「ＮＯＤＥＳ」フィールドに記載してリング１０の全体に広告する。「Ｎ」の測定後、マスター１・スレーブ１ａ～１ｉは、以下の検算を行う。なお、以下に示す「Ｎ’」・「Ｈ’」は、それぞれ反時計回りの「Ｎ」・「Ｈ」の値を示している。
（マスター１の検算）
マスター１は、時計回り・反時計回りでノード数「Ｎ」・「Ｎ’」が一致する否か、即ち式（１５）が成立するか否かを確認する。
【0102】
【数15】
【0103】
（スレーブ１ａ～１ｉの検算）
スレーブ１ａ～１ｉは、時計回りと半時計周りでの位置Ｈ，Ｈ’の和がノード数Ｎと一致するか否か、即ち式（１６）が成立するか否かを確認する。
スレーブ１ａ～１ｉは、時計回りと半時計周りでの位置Ｈ，Ｈ’の和がノード数Ｎと一致するか否か、即ち式（１６）が成立するか否かを確認する。
【0104】
【数16】
【0105】
前記検算がエラーとなった場合、即ち式（１５）（１６）が不成立の場合にはスレーブ１ａ～１ｉの位置測定をやり直すものとする。
【0106】
［同期モード］
（１）キャリブレーションモードで標準リンク周回時間「Ｔｓｔｄ」とノード数「Ｎ」が定まれば、同期モードに遷移する（図１１中のＤＯＮＥ遷移）。
（１）キャリブレーションモードで標準リンク周回時間「Ｔｓｔｄ」とノード数「Ｎ」が定まれば、同期モードに遷移する（図１１中のＤＯＮＥ遷移）。
【0107】
動作モードを遷移させる権限は、マスター１のみが有している。すなわち、マスター１は自らの決定を前記各メッセージ７，８の「ＭＯＤＥ」フィールドに記載してリング１０の全体に広告する。
同期モードにおいても、キャリブレーションモードと同様に前記両メッセージ７，８による処理を定期的に実行する。この実行頻度は、要求精度やリングの規模、あるいはネットワーク管理者の考え方に応じて設定されるものとする。
ただし、同期モードは、両メッセージ７，８の「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの決定方法がキャリブレーションモードと相違する。すなわち、キャリブレーションモードでは「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを常に「１」としていた。これに対して同期モードにおいては、以下の評価に従って「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの値を調整する。
（Ａ）定期的に前記両メッセージ７，８による処理を実行し、その都度リング周回時間「Ｔｒ」を式（１４）で計算する。
（Ｂ）各リング周回時間「Ｔｒ」の超過遅延「Ｔｒｘ」を式（１７）から計算する。
同期モードにおいても、キャリブレーションモードと同様に前記両メッセージ７，８による処理を定期的に実行する。この実行頻度は、要求精度やリングの規模、あるいはネットワーク管理者の考え方に応じて設定されるものとする。
ただし、同期モードは、両メッセージ７，８の「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの決定方法がキャリブレーションモードと相違する。すなわち、キャリブレーションモードでは「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを常に「１」としていた。これに対して同期モードにおいては、以下の評価に従って「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの値を調整する。
（Ａ）定期的に前記両メッセージ７，８による処理を実行し、その都度リング周回時間「Ｔｒ」を式（１４）で計算する。
（Ｂ）各リング周回時間「Ｔｒ」の超過遅延「Ｔｒｘ」を式（１７）から計算する。
【0108】
【数17】
【0109】
超過遅延「Ｔｒｘ」の値は、「ＳＹＮＣメッセージ」７がスイッチで転送される際に、先行送信中のフレームの影響で待機を強いられた時間の総計である。
（Ｃ）超過遅延時間「Ｔｒｘ」が負の値になった場合には、キャリブレーションモードで得られた標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」が不正確と考えられるので、キャリブレーションモードにフォールバックする（（図１１中のＢＲＥＡＫ遷移）。
（５）超過遅延時間「Ｔｒｘ」が正の値になった場合には、要求精度に基づいて決められる足切りライン設定と比較する。この比較の結果、以下のように「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを決定する。
・足切りライン未満である場合：「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを「０」とする。
・足切りライン以上である場合：「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを「１」とする。
（Ｃ）超過遅延時間「Ｔｒｘ」が負の値になった場合には、キャリブレーションモードで得られた標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」が不正確と考えられるので、キャリブレーションモードにフォールバックする（（図１１中のＢＲＥＡＫ遷移）。
（５）超過遅延時間「Ｔｒｘ」が正の値になった場合には、要求精度に基づいて決められる足切りライン設定と比較する。この比較の結果、以下のように「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを決定する。
・足切りライン未満である場合：「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを「０」とする。
・足切りライン以上である場合：「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグを「１」とする。
【0110】
これにより直近の「ＳＹＮＣメッセージ」７がリング１０を周回する際に、リング１０上のどこかで許容できない水準の遅延が生じたか否かを確実に検出することができる。
【0111】
また、前記検出の結果をリング１０上に広告することで、直近の「ＳＹＮＣメッセージ」７の受信時刻を破棄させ、同期品質の劣化を防止することが可能となる。このような「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグの調整を除き、マスター１はキャリブレーションモードと同じ処理を実行する。
【0112】
（２）スレーブ１ａ～１ｉは、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「１」の場合には、キャリブレーションモードと同じ動作処理を実行する。一方、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「０」の場合には、以下の動作処理を実行する。
【0113】
すなわち、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「０」の「ＦＯＬＬＯＷ―ＵＰメッセージ」７を受信したスレーブ１ａ～１ｉは、自身のクロック４の誤差（偏差）「Δｔ」を計算する。
【0114】
ここでは「ＦＯＬＬＯＷ―ＵＰメッセージ」７に記載された「ＳＹＮＣ＿ＴＩＭＥＳＴＡＭＰ」を「Ｔ１」，スレーブ１ａ～１ｉが自身のクロック４で測定した直近の「ＳＹＮＣメッセージ」７の受信時刻を「Ｔｓ」とする。この場合に誤差「Δｔ」は、式（１８）で表すことができる。
【0115】
【数18】
【0116】
式（１８）中の「ＤS」は、「ＳＹＮＣメッセージ」７がマスター１から当該スレーブ１ａ～１ｉに伝搬するのにかかった時間を示している。この段階の式（１８）の評価式はＰＴＰと同じであり、「ＤS」の求め方が相違する。
【0117】
本実施例における「ＤS」の計算方法と根拠を説明すれば、まず直近の「ＳＹＮＣメッセージ」７がリング１０を一周するのにかかった周回時間「Ｔｒ」は、「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８の「ＬＡＰ＿ＤＥＬＡＹ」フィールドに記載されている。この周回時間「Ｔｒ」は、式（１９）に示すように、標準リング周回時間「Ｔｓｔｄ」に超過遅延「Ｔｒｘ」が付加された値といえる。
【0118】
【数19】
【0119】
つぎに前述のように超過遅延時間「Ｔｒｘ」は、マスター１によって高精度に測定されている。また、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「０」の場合は、超過遅延時間「Ｔｒｘ」は、要求精度に比べて十分に小さいことが確認されている。
【0120】
そうすると要求精度のオーダーからみれば、超過遅延時間「Ｔｒｘ」は「０」に近似（「Ｔｒｘ≒０」）し、式（２０）が成立する。
【0121】
【数20】
【0122】
さらに標準リンク周回時間「Ｔｓｔｄ」の値は、キャリブレーションモードにおいてスイッチエンジン３の遅延ゼロ、かつ無変動の場合にかかる時間として算出されている。そのため、１ホップごとに生じる遅延「Ｄｈｏｐ」は、各スレーブ１ａ～１ｉで均等と推定でき、式（２１）に示すように、近似する。
【0123】
【数21】
【0124】
式（２１）中の「Ｎ」はリング１０上のスレーブ１ａ～１ｉの総数を示している。「Ｎ」の値は、前記両メッセージ７，８の「ＮＯＤＥＳ」フィールドに記載されているため、常に読み出すことができる。
【0125】
このときスレーブ１ａ～１ｉは、マスター１から自身に至るまでのホップ数Ｈを「ＰＲＯＢＥメッセージ」９により把握している。このホップ数Ｈの値を用いれば、「ＳＹＮＣメッセージ」７がマスター１からスレーブ１ａ～１ｉに到着するまでに経過した時間「ＤS」は、式（２２）のように計算することができる。
【0126】
【数22】
【0127】
そして、式（１８）（２２）から式（２３）が求められる。
【0128】
【数23】
【0129】
以上から誤差「Δｔ」は、式（２４）の計算式で求められることができる。
【0130】
【数24】
【0131】
その結果、スレーブ１ａ～１ｉは、式（２５）に示すように、誤差「Δｔ」を自身のクロック４から差し引くことでマスター１との時刻同期をとることができる。
【0132】
【数25】
【0133】
ＰＴＰにおいては、突発的な誤差の混入による影響を緩和するため、移動平均等の何らかの平滑化機構の実装が必要となる。これに対して本実施例では混入した誤差「Δｔ」はマスター１による測定で正確に測定され、また要求精度を超過する遅延が生じた同期行程を「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「１」のときに確実に破棄することができる。したがって、本実施例によれば、平滑化機構を必要とせず、一回の同期行程でほぼ完全な時刻同期の状態を得ることができる。
【0134】
もっとも、確実な時刻同期の状態を得るためにはネットワーク管理者が設定した条件をクリアするまでは、同期モードの状態を維持することが好ましい。例えば通常動作モードへの遷移条件の例としては、
・同期行程が３回連続で成功
・３分間ほど同期行程を繰り返し、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「１」の場合の回数が事前設定の値未満
などの安全基準を設けることが好ましい。
・同期行程が３回連続で成功
・３分間ほど同期行程を繰り返し、「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」フラグ「１」の場合の回数が事前設定の値未満
などの安全基準を設けることが好ましい。
【0135】
この安全基準は、スイッチエンジン３の品質、リング１０の規模、ネットワーク管理者の考え方に応じて定めればよい。この安全基準を満たした場合に通常動作モードに遷移する（図１１中のＳＹＮＣＥＤ遷移）。
【0136】
≪通常動作モード≫
同期モードにおいて時刻同期が成立した場合には、前述のＳＹＮＣＥＤ遷移により通常動作モードに移行する。
同期モードにおいて時刻同期が成立した場合には、前述のＳＹＮＣＥＤ遷移により通常動作モードに移行する。
【0137】
通常動作モードにおいても、マスター１・スレーブ１ａ～１ｉは、前記両メッセージ７，８による処理を定期的に実行する。この実行頻度は、要求精度やリングの規模、ネットワーク管理者の考え方に応じて定めることができる。
【0138】
マスター１は、自身が送信する前記両メッセージ７，８の「ＭＯＤＥ」フィールドに通常動作モードを表す整数値を設定し、通常動作モードに移行したことをリング１０の全体に広告する。
【0139】
このときマスター１および通常動作モードの移行を検知したスレーブ１ａ～１ｉは、一般トラフィックがリング１０上を通行できるようにスイッチエンジン３を設定変更する。これにより一般トラフィックと回線を共有しつつ、時刻同期を維持する体制が成立する。
【0140】
≪動作モードのフォールバック≫
三つの動作モード（キャリブレーションモード、同期モード、通常動作モード）では、前記両メッセージ７，８による処理を継続的に実施する点で同じであるが、同期工程の実施／一般トラフィックの流入許可の点で相違する。
三つの動作モード（キャリブレーションモード、同期モード、通常動作モード）では、前記両メッセージ７，８による処理を継続的に実施する点で同じであるが、同期工程の実施／一般トラフィックの流入許可の点で相違する。
【0141】
通常は、「キャリブレーションモード→同期モード→通常動作モード」の順に一方通行の状態遷移となる。ただし、キャリブレーション不良／時刻同期の不良によるキャリブレーションモードへのフォールバック遷移も想定される。このキャリブレーションまで戻る遷移条件（図１１中のＢＲＥＡＫ）として、以下が挙げられる。
（１）ネットワーク構成が変化した場合
（２）リング周回時間Ｔｒの超過遅延「Ｔｒｘ」が負の値として求まった場合
通常動作モードから同期モードに戻る遷移条件（ＲＥＳＹＮＣ）は、後述する同期品質の維持に黄色信号が点灯した場合が想定される。
（１）ネットワーク構成が変化した場合
（２）リング周回時間Ｔｒの超過遅延「Ｔｒｘ」が負の値として求まった場合
通常動作モードから同期モードに戻る遷移条件（ＲＥＳＹＮＣ）は、後述する同期品質の維持に黄色信号が点灯した場合が想定される。
【0142】
≪時刻同期の品質の観測≫
本実施例では、時刻同期の品質を観測するための対策を提案する。この観測結果に基づき同期モードへのフォールバック条件をネットワーク管理者が定義することが好ましい。
本実施例では、時刻同期の品質を観測するための対策を提案する。この観測結果に基づき同期モードへのフォールバック条件をネットワーク管理者が定義することが好ましい。
【0143】
（１）連続的な失敗
定期的に実施する前記両メッセージ７，８による処理を連続して失敗した場合、失敗回数に応じて同期モードにフォールバックさせる。
定期的に実施する前記両メッセージ７，８による処理を連続して失敗した場合、失敗回数に応じて同期モードにフォールバックさせる。
【0144】
例えば、ネットワーク管理者がこれを３回に設定したと仮定する。マスター１は、前記両メッセージ７，８による処理が失敗して「ＳＹＮＣ＿ＦＡＩＬ」を「１」とする。この場合に失敗カウンターＣに「１」を加算する。一方、前記両メッセージ７，８による処理が成功した場合には失敗カウンターＣを「０」に戻す。
【0145】
そして、前記両メッセージ７，８による処理を実行するたびに「失敗カウンターＣ≧３」が成立するか否かを確認し、成立すれば同期モードに遷移する。このとき次回以降にマスター１の送信する前記両メッセージ７，８の「ＭＯＤＥＳ」フィールドを同期モードとし、リング１０の全体にこれを広告する。
【0146】
（２）連続失敗時間
前記両メッセージ７，８による処理が最後に成功した時から現在までの経過時間が事前設定の閾値を超えた場合に同期モードにフォールバックさせる。
前記両メッセージ７，８による処理が最後に成功した時から現在までの経過時間が事前設定の閾値を超えた場合に同期モードにフォールバックさせる。
【0147】
（３）誤差補正量
前述のように前記両メッセージ７，８による処理によりスレーブ１ａ～１ｉはその都度、誤差「Δｔ」を計算し、これを補正する。ただし、スレーブ１ａ～１ｉは、誤差「Δｔ」が同期不良を示唆する値となれば、同期モードに遷移するようにマスター１に要求する。
前述のように前記両メッセージ７，８による処理によりスレーブ１ａ～１ｉはその都度、誤差「Δｔ」を計算し、これを補正する。ただし、スレーブ１ａ～１ｉは、誤差「Δｔ」が同期不良を示唆する値となれば、同期モードに遷移するようにマスター１に要求する。
【0148】
同期不良と判定する基準としては、
・誤差「Δｔ」が、事前設定の閾値以上となった場合
・誤差「Δｔ」の値が、前回よりも閾値以上の割合（％）で変動した場合
・誤差「Δｔ」が「０」の値を継続している場合
などが想定される。
・誤差「Δｔ」が、事前設定の閾値以上となった場合
・誤差「Δｔ」の値が、前回よりも閾値以上の割合（％）で変動した場合
・誤差「Δｔ」が「０」の値を継続している場合
などが想定される。
【0149】
といったようなものが考えられる。
【0150】
このような基準を単体または複合で組み合わせてフォールバック条件をネットワーク管理者が構成することで時刻同期の品質を安定させることができる。
【0151】
≪作用効果≫
本実施例によれば、以下の作用効果を得ることができる。
本実施例によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【0152】
（１）手続きの簡素化によるＣＰＵ２，ネットワーク帯域の負荷軽減
既存技術（ＰＴＰ）では、マスター１／スレーブ１ａ～１ｉ間でメッセージの二往復が必要であった。これに対して本実施例では、マスター１からの一方通行のメッセージ送信でよく、マスター１のＣＰＵ２およびネットワーク帯域の負荷を軽減することができる。
既存技術（ＰＴＰ）では、マスター１／スレーブ１ａ～１ｉ間でメッセージの二往復が必要であった。これに対して本実施例では、マスター１からの一方通行のメッセージ送信でよく、マスター１のＣＰＵ２およびネットワーク帯域の負荷を軽減することができる。
【0153】
例えば、図６及び図７のネットワーク構成によれば、スレーブ１ａ～１ｉは９台なため、従来技術によれば１回の同期工程で生じるマスター１の処理単位は、以下のようになる（１個のメッセージを１単位とする。）。
・１個の「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信（マルチキャストにてネットワーク全体にフラッディング）
・９個の「ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱメッセージ」をスレーブ１ａ～１ｉから受信
・９個の「ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＳメッセージ」をスレーブ１ａ～１ｉに返信
・計１９単位（「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を行う場合には２０単位）
が必要となる。
・１個の「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信（マルチキャストにてネットワーク全体にフラッディング）
・９個の「ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＱメッセージ」をスレーブ１ａ～１ｉから受信
・９個の「ＤＥＬＡＹ＿ＲＥＳメッセージ」をスレーブ１ａ～１ｉに返信
・計１９単位（「ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ」８を行う場合には２０単位）
が必要となる。
【0154】
これに対して本実施例では、
・１個の「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信（マルチキャストにてリング１０の全体にフラッディング）
・１個の「ＦＯＬＬＯＷ―ＵＰメッセージ」８の送信（マルチキャストにてリング１０の全体にフラッディング）
・計２単位で済む。
・１個の「ＳＹＮＣメッセージ」７の送信（マルチキャストにてリング１０の全体にフラッディング）
・１個の「ＦＯＬＬＯＷ―ＵＰメッセージ」８の送信（マルチキャストにてリング１０の全体にフラッディング）
・計２単位で済む。
【0155】
特に従来技術では、スレーブの台数に比例してマスター１の処理単位が増加する。これに対して本実施例では、スレーブの台数に係わらず常に２単位で済むこととなる。
【0156】
（２）時刻同期の品質の安定化
既存技術では１回の同期行程ごとに同期精度が変動を受けやすい。これに対して本実施例によれば、リング周回時間Ｔｒを高精度で測定できるため、誤差「Δｔ」の大きい同期工程を確実に破棄させることができ、時刻同期の品質維持が容易である。すなわち、処理構造が単純なため、同期精度に大きな変動を生じることがなく、この点で時刻同期の精度を安定化させることができる。
既存技術では１回の同期行程ごとに同期精度が変動を受けやすい。これに対して本実施例によれば、リング周回時間Ｔｒを高精度で測定できるため、誤差「Δｔ」の大きい同期工程を確実に破棄させることができ、時刻同期の品質維持が容易である。すなわち、処理構造が単純なため、同期精度に大きな変動を生じることがなく、この点で時刻同期の精度を安定化させることができる。
【0157】
（３）短時間で同期できる
既存技術では、平滑化機構を導入することにより、同期状態するために必要な時間が長くなる。これに対して本実施例では、理論上は１回で同期を成功させることができ、同期状態までの時間を最短化することが可能である。
既存技術では、平滑化機構を導入することにより、同期状態するために必要な時間が長くなる。これに対して本実施例では、理論上は１回で同期を成功させることができ、同期状態までの時間を最短化することが可能である。
【符号の説明】
【0158】
１…マスターノード（マスター）
１ａ～１ｉ…スレーブノード（スレーブ）
２…ＣＰＵ
３…スイッチエンジン
４…クロック（内蔵時計）
５ａ，５ｂ…タイムスタンプレジスター
６ａ，６ｂ…リングポート
７…ＳＹＮＣメッセージ（同期メッセージ）
８…ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ（後追い通知）
９…ＰＲＯＢＥメッセージ
１０…リング型ネットワーク
１ａ～１ｉ…スレーブノード（スレーブ）
２…ＣＰＵ
３…スイッチエンジン
４…クロック（内蔵時計）
５ａ，５ｂ…タイムスタンプレジスター
６ａ，６ｂ…リングポート
７…ＳＹＮＣメッセージ（同期メッセージ）
８…ＦＯＬＬＯＷ－ＵＰメッセージ（後追い通知）
９…ＰＲＯＢＥメッセージ
１０…リング型ネットワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】