JP4058067B2

JP4058067B2 - 通信システム

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Publication number: JP4058067B2
Application number: JP2005281469A
Authority: JP
Inventors: 武史安田; 賢浩芦; 憲武藤
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007096589A; US7620074B2; US20070086487A1

Description

本発明は、非同期通信網を介して同期通信を行うための技術に関する。

従来、電話等の音声サービスや、映像等を取り扱う多彩なサービスに効率よく適用できる多重化方式としてＳＤＨ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ）が知られている。ＳＤＨを用いたネットワークは、同期系のネットワークであり、異なるネットワーク内の通信機器が互いに通信するためには、これらのネットワークおよび通信機器が同期している必要がある。

ネットワーク間の同期方法としては、精度の高い基準クロックを生成するクロック生成装置から専用線を介して、それぞれのネットワークが基準クロックの分配を受ける方式や、基準クロックに基づいて上位のネットワークが生成したクロックを、当該上位のネットワークから供給される方式、上位のネットワークから基準クロックに同期して送信されたデータから、下位のネットワーク内の装置がクロックを再生する方式等がある。

また、近年、イーサネット（登録商標）で使用されているレイヤ２スイッチを組み合わせて構築された大型ネットワークである広域イーサネットの提供が始まっている。レイヤ２スイッチには、ルータと比較して安価である、ルータに比べてメンテナンスの手間が少ない等の特徴があり、広域イーサネットを提供する通信事業者は、インフラの設置コストを低く抑えることができ、ユーザの使用料金を安く設定することができる。そのため、ユーザは、前述の電話等のサービスを提供するためのネットワークを、ＳＤＨ方式の同期系ネットワークから広域イーサネットを用いた非同期系ネットワークへ移行することを検討する場合がある。

しかし、同期系ネットワークから非同期系の広域イーサネットへ移行する場合、全てのネットワークを一度に移行させることは現実的ではなく、移行期には、同期系と非同期系のネットワークが混在する時期が発生する。この場合、同期系ネットワーク内のＴＤＭ信号を広域イーサネット上のフレームにマッピングすることにより、両ネットワーク内のデータを中継することは可能であるが、同期系ネットワークどうしの同期を保つ技術が別途必要になる。

ここで、特許文献１には、非同期系のネットワークであるＬＡＮを介して、同期を保ちつつ通信を行う技術が開示されている。当該特許文献には、送信側でデータを送信する際に、同期用カウンタのタイムスタンプ値を送信パケットに付加して、ＬＡＮを介して送信し、受信側では、受信したデータからタイムスタンプ値を抽出して、自身のカウンタのずれを検出して、送信側のカウンタと同期させることにより同期通信を実現する技術が記載されている。

特開２０００−３３２８０２号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術は、１対１の通信における同期のみを想定している。すなわち、受信側は、送信側からデータと共に送信されたタイムスタンプ値に基づいて、送信側のクロックに同期するように自身の内部クロックを調整する。しかし、１台の通信装置が複数台の通信装置と通信を行う場合、複数の通信装置と通信を行う１台の通信装置は、複数の通信端末のそれぞれからデータと共に送信されたタイムスタンプ値を受け取るものの、通信相手の複数の通信装置が互いに同期していなければ、自身の内部クロックをいずれかの通信装置に合わせるとすれば、その他の通信装置と通信を行うことができなくなる場合があった。

さらに、送信側の通信装置の内部クロックに障害が発生し、正しいタイムスタンプ値を生成することができない状態であっても、受信側はその旨を知ることができないので、受信した不正なタイムスタンプ値に従って内部クロックを調整してしまい、正しくデータを送受信することができなくなってしまう場合があった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数の同期通信網内の通信装置が、非同期通信網を介して、互いに同期した通信を行うことができるようにすることにある。

上記課題を解決するために、本発明の通信システムでは、マスタ通信装置が、クロック供給装置から供給された基準クロックに基づいてマスタクロックを生成し、生成したマスタクロックに関する情報を含む同期情報フレームを、非同期通信網を介して複数の従属通信装置へ送信し、それぞれの従属通信装置が、受信した同期情報フレームに基づいてマスタクロックを再生する。

例えば、本発明は、非同期通信網を介して同期通信を行う通信システムであって、基準クロックを生成するクロック生成装置と、クロック生成装置と非同期通信網との間に設けられるマスタ通信装置と、複数の同期通信網のそれぞれに１つずつ設けられ、対応する同期通信網と非同期通信網との間に設けられる複数の従属通信装置とを備え、マスタ通信装置は、クロック生成装置によって生成された基準クロックを受信する基準クロック受信手段と、基準クロック受信手段が受信した基準クロックに同期したマスタクロックを生成するマスタクロック生成手段と、マスタクロックに関する情報を含む同期情報フレームを生成する同期情報フレーム生成手段と、同期情報フレームを、非同期通信網を介して、複数の従属通信装置のそれぞれへ送信する同期情報フレーム送信手段とを有し、従属通信装置は、マスタ通信装置から送信された同期情報フレームおよび他の従属通信装置から送信された非同期フレームを、非同期通信網を介して受信すると共に、非同期フレームを、非同期通信網を介して他の従属通信装置へ送信する非同期フレーム送受信手段と、同期通信網に接続され、同期通信網内の通信機器と同期フレームを送受信する同期フレーム送受信手段と、同期フレーム送受信手段が受信した同期フレームを非同期フレームのフォーマットに変換し、変換した非同期フレームを、非同期フレーム送受信手段に送信させると共に、非同期フレーム送受信手段が受信した非同期フレームを同期フレームのフォーマットに変換し、変換した同期フレームを、同期フレーム送受信手段に送信させるフレーム変換手段と、非同期フレーム送受信手段が受信したフレームの中から同期情報フレームを抽出する同期フレーム抽出手段と、同期フレーム抽出手段によって抽出された同期情報フレームに基づいてマスタクロックを再生し、再生したマスタクロックを、非同期フレーム送受信手段、同期フレーム送受信手段、フレーム変換手段、および同期フレーム抽出手段のそれぞれに供給するクロック再生手段とを有することを特徴とする通信システム。

本発明の通信システムによれば、複数の同期通信網内のそれぞれの通信装置が、非同期通信網を介して、互いに同期した通信を行うことができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システム１０の構成を示す。通信システム１０は、クロック供給装置１４、マスタ通信装置２０、および複数の従属装置３０を備える。クロック供給装置１４は、例えば、位相変動量が１×１０^−１１以下の高い周波数安定性を有する基準クロックを生成してマスタ通信装置２０に供給する。

マスタ通信装置２０は、クロック供給装置１４から受け取った基準クロックに基づいて、ＡＴＭ（ＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｄｅ）等の同期通信に用いられる周波数であり、当該基準クロックに同期したクロックであるマスタクロックを生成する。そして、マスタ通信装置２０は、生成したマスタクロックに関する情報を含む同期情報フレームを生成し、生成した同期情報フレームを、非同期通信網１３を介してそれぞれの従属装置３０へ送信する。

また、マスタ通信装置２０は、例えば、２つのＮＩＣ（ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅＣａｒｄ）を有し、それぞれのＮＩＣを介して、非同期通信網１３内の異なる２つの通信装置に接続されている。マスタ通信装置２０は、一方のＮＩＣを介して送信する同期情報フレームをＮ系、他方のＮＩＣを介して送信する同期情報フレームをＥ系として、それぞれの同期情報フレームを、非同期通信網１３を介して、それぞれの従属装置３０へ送信する。

それぞれの従属装置３０は、非同期通信網１３を介してＮ系およびＥ系の同期情報フレームを受信し、受信したＮ系およびＥ系の同期情報フレームのいずれかから、後述する方法によってマスタクロックを再生する。そして、それぞれの従属装置３０は、それぞれの従属装置３０が管理している同期通信網１１内の同期系装置１２から同期フレームを受信した場合に、再生したマスタクロックに基づいて動作するカウンタのタイムスタンプ値を参照して、当該同期フレームを受信した時刻におけるタイムスタンプ値を、受信した同期フレームと共に非同期フレーム内に格納して、非同期通信網１３を介して他の従属装置３０へ送信する。

また、それぞれの従属装置３０は、非同期通信網１３を介して他の従属装置３０から非同期フレームを受信した場合に、当該非同期フレーム内のタイムスタンプ値を参照して、受信した非同期フレーム内のタイムスタンプ値と自身のカウンタの値とが一致した時刻に、受信した非同期フレーム内の同期フレームを、自身が管理している同期通信網１１内の同期系装置１２へ送信する。これにより、複数の異なる同期通信網１１内の同期系装置１２は、非同期通信網１３を介して互いに同期通信を行うことができる。

ここで、送信側の従属装置３０が、自身が有する発振器に基づいて動作するカウンタの値を、送信する同期フレームと共に非同期フレームに格納し、受信側の従属装置３０が、受信した非同期フレーム内のタイムスタンプ値に基づいて、自身が有する発振器の周波数を、送信側の従属装置３０の発振器の周波数に合わせるように調整するとすれば、送信側の従属装置３０と受信側の従属装置３０とは、非同期通信網１３を介して、異なる同期通信網１１内の同期系装置１２どうしに同期通信を行わせることができる。

しかし、１の従属装置３０が複数の従属装置３０と同期通信を行うとすれば、１の従属装置３０は、それぞれ同期せずに動作している発振器を有する複数の従属装置３０から、それぞれの従属装置３０のタイムスタンプ値を含む非同期フレームを受信することになる。この場合、１の従属装置３０は、全ての従属装置３０と同期を確立することができず、受信した非同期フレーム内の同期フレームを同期通信網１１内の同期系装置１２へ正しく転送できない場合がある。

これに対して、本実施形態の通信システム１０では、それぞれの従属装置３０は、マスタ通信装置２０から受信した同期情報フレームに基づいて、それぞれの従属装置３０内のクロックの周波数および位相を、互いに同期させることができる。そのため、それぞれの従属装置３０は、非同期通信網１３を介した１対１の同期通信のみならず、非同期通信網１３を介した１対ｎの同期通信も、適切に行うことができる。

また、本実施形態の非同期通信網１３は、例えばレイヤ２スイッチで構成される広域イーサネット網である。マスタ通信装置２０および複数の従属装置３０のそれぞれとの間の通信路は、非同期通信網１３を使用する他のユーザと同一のネットワークを使用しているが、仮想的に異なる通信路を構成している。

非同期通信網１３は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑに規定されるＶＬＡＮ技術を用いて、仮想的に異なる通信路を形成する。非同期通信網１３内を転送されるフレームには、ＶＬＡＮヘッダが付加され、当該ＶＬＡＮヘッダ内の情報に基づいて、非同期通信網１３内のレイヤ２スイッチは、転送するフレームを、それぞれの仮想通信路内の通信機器にのみ転送する。

また、ＶＬＡＮヘッダ内には、フレームの優先度を示すフィールドが存在する。マスタ通信装置２０と直接接続されているレイヤ２スイッチは、マスタ通信装置２０から受信した同期情報フレームにＶＬＡＮヘッダを付加する際に、ＶＬＡＮヘッダ内の優先度を示す値を、複数の従属装置３０どうしが非同期通信網１３を介して送受信する通信フレームのＶＬＡＮヘッダ内の優先度を示す値よりも、優先度が高くなる値に設定して、非同期通信網１３内の他のレイヤ２スイッチへ転送する。これにより、同期情報フレームは、非同期通信網１３内において優先的に転送される。従って、それぞれの従属装置３０は、より確実に同期情報フレームを受信することができ、再生したマスタクロックの精度をより高く保つことができる。

図２は、マスタ通信装置２０の詳細な機能構成の一例を示す。マスタ通信装置２０は、制御部２００、同期フレーム送信部２０１、非同期インターフェイス２０２、クロック同期分配部２０３、クロック受信選択部２０４、およびマスタクロック情報生成部２１０を備える。

クロック受信選択部２０４は、クロック供給装置１４から２本の専用線を介して基準クロックを受信し、いずれかの専用線を介して受信した基準クロックをクロック同期分配部２０３に供給する。クロック受信選択部２０４は、一方の専用線をＮ系、他方の専用線をＥ系とし、Ｎ系の専用線を介して基準クロックを正常に受け取ることができない場合に、Ｅ系の専用線を介して基準クロックを受け取る。

クロック同期分配部２０３は、クロック受信選択部２０４から供給された基準クロックに同期したマスタクロックを生成し、生成したマスタクロックをマスタクロック情報生成部２１０およびマスタ通信装置２０内の各ブロックに供給する。

マスタクロック情報生成部２１０は、同期フレーム生成部２１１、同期情報生成部２１２、およびクロック情報生成部２１３を有する。クロック情報生成部２１３は、クロック同期分配部２０３を監視しており、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成しているか否かを示すクロック情報を同期フレーム生成部２１１から要求された場合に、現在のクロック同期分配部２０３のクロック情報を同期フレーム生成部２１１に通知する。

クロック情報生成部２１３は、例えば、クロック同期分配部２０３が故障しており、基準クロックに同期することができない場合や、クロック受信選択部２０４がＮ系およびＥ系のいずれの専用線を介しても基準クロックをクロック供給装置１４から受信することができず、クロック同期分配部２０３が自走状態となっている場合等に、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成していないと判定する。

同期情報生成部２１２は、クロック同期分配部２０３が生成したマスタクロックに基づいてカウンタを動作させており、同期フレーム生成部２１１からタイムスタンプ値を要求された場合に、その時のカウンタの値をタイムスタンプ値として同期フレーム生成部２１１へ送る。

同期フレーム生成部２１１は、予め定められた同期情報フレームの送信タイミングで、同期情報生成部２１２からタイムスタンプ値を、クロック情報生成部２１３からクロック情報を、それぞれ取得する。そして、同期フレーム生成部２１１は、取得したタイムスタンプ値およびクロック情報を含み、それぞれの同期情報フレームを識別するシーケンス番号を有する同期情報フレームを生成し、生成した同期情報フレームを同期フレーム送信部２０１へ送る。

同期フレーム送信部２０１は、同期フレーム生成部２１１から取得した同期情報フレームを複製してそれぞれにＮ系／Ｅ系を示す情報を付加することにより、２種類の同期情報フレームを生成する。そして、同期フレーム送信部２０１は、生成した２種類の同期情報フレームを、送信先の従属装置３０の数分複製し、複製したそれぞれの同期情報フレームに、送信先の従属装置３０の識別情報を付加して非同期インターフェイス２０２へ送る。非同期インターフェイス２０２は、Ｎ系の同期情報フレームとＥ系の同期情報フレームとを、別々のＮＩＣを介して非同期通信網１３へ送信する。

オペレーション装置２１は、マスタ通信装置２０の障害状態を監視すると共に、同期情報フレームの送信先等のマスタ通信装置２０に必要な情報を設定するための外部装置である。制御部２００は、オペレーション装置２１から受け取った設定情報に基づいてマスタ通信装置２０内の各部の制御を行なったり、マスタ通信装置２０内の障害の発生を検出してオペレーション装置２１に通知したりする処理を行う。

図３は、同期情報フレーム４０のデータ構造の一例を示す。同期情報フレーム４０は、ＭＡＣヘッダ４１、ペイロード４２、およびトレーラ４３から構成される。

ＭＡＣヘッダ４１は、送信先ＭＡＣアドレス４１０、送信元ＭＡＣアドレス４１１、ＴＰＩＤ４１２、ＴＣＩ４１３、および長さ／タイプ４１４から構成される。ＴＰＩＤ４１２およびＴＣＩ４１３は、非同期通信網１３内の通信装置によって付加される情報であり、ＶＬＡＮによる通信を実現するために用いられる。ＴＣＩ４１３は、ＵｓｅｒＰｒｉｏｒｉｔｙ４１５、ＣＦＩ４１６、およびＶＬＡＮ＿ＩＤ４１７から構成される。ＶＬＡＮ＿ＩＤ４１７は、ＶＬＡＮと区別するために用いられる。

ＵｓｅｒＰｒｉｏｒｉｔｙ４１５は、優先度を示す値である。同期情報フレーム４０に付加されるＵｓｅｒＰｒｉｏｒｉｔｙ４１５には、複数の従属装置３０どうしが非同期通信網１３を介して送受信する通信フレームに付加される値よりも、優先度が高くなる値が設定される。これにより、同期情報フレーム４０は、非同期通信網１３内において優先的に転送され、それぞれの従属装置３０は、より確実に同期情報フレームを受信することができ、再生したマスタクロックの精度をより高く保つことができる。

ペイロード４２は、同期フレーム識別子４２０、系指定４２１、クロック状態通知情報４２２、シーケンス番号４２３、およびタイムスタンプ４２４から構成される。同期フレーム識別子４２０は、このフレームが同期情報フレームであるか否かを示す例えば１ビットの情報であり、例えば１が格納されている場合に、このフレームは同期情報フレーム４０であることを示す。

系指定４２１は、同期フレーム生成部２１１によって設定される、Ｎ系／Ｅ系の別を示す情報である。系指定４２１は、例えば１ビットであり、１が格納されている場合に、当該フレームはＮ系であることを示す。シーケンス番号４２３は、同期情報生成部２１２によって設定されるシーケンス番号であり、同一の同期情報フレーム４０を重複して受信することを防止する目的や、それぞれの同期情報フレーム４０の連続性を確認する目的で使用される。タイムスタンプ４２４は、同期情報生成部２１２によって設定される情報であり、従属装置３０においてマスタクロックを再生するために使用される。

クロック状態通知情報４２２は、クロック同期分配部２０３によってマスタクロックが正常に生成されているか否かの別を示す情報であり、クロック情報生成部２１３によって設定される。それぞれの従属装置３０は、同期情報フレーム４０によって、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成しているか否かを示す情報を取得することができるので、不正なタイムスタンプ４２４に基づいて内部クロックの周波数を調整してしまうことを防止することができる。これにより、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成することができない場合であっても、一定の期間は、それぞれの従属装置３０は、それぞれの内部クロックを用いて、互いに同期通信を行うことができる。

図４は、従属装置３０の詳細な機能構成の一例を示す。従属装置３０は、非同期インターフェイス３００、フレーム変換部３０１、同期インターフェイス３０２、同期フレーム抽出部３０３、およびマスタクロック再生部３１０を備える。

非同期インターフェイス３００は、非同期通信網１３を介して、マスタ通信装置２０から送信された同期情報フレーム４０および他の従属装置３０から送信された非同期フレームを受信すると共に、非同期フレームを、非同期通信網１３を介して他の従属装置３０へ送信する。ここで、非同期フレームとは、例えば、イーサネット（登録商標）等の非同期通信方式において用いられるフォーマットのフレームを指す。同期インターフェイス３０２は、同期通信網１１内の同期系装置１２と同期フレームを送受信する。ここで、同期フレームとは、例えば、ＳＤＨ等の同期通信方式において用いられるフォーマットのフレームを指す。

フレーム変換部３０１は、同期インターフェイス３０２が受信した同期フレームを非同期フレームのフォーマットに変換し、変換した非同期フレームを非同期インターフェイス３００に送信させる。フレーム変換部３０１は、例えば、同期フレームを、非同期フレームのペイロードにマッピングすることにより、非同期フレームに変換する。また、フレーム変換部３０１は、非同期インターフェイス３００が受信した非同期フレームを同期フレームのフォーマットに変換し、変換した同期フレームを、同期インターフェイス３０２に送信させる。フレーム変換部３０１は、例えば、非同期フレームのペイロードにマッピングされた同期フレームを取り出すことにより、非同期フレームを同期フレームに変換する。

同期フレーム抽出部３０３は、非同期インターフェイス３００が受信したフレームの中から同期情報フレーム４０を抽出する。マスタクロック再生部３１０は、同期フレーム抽出部３０３によって抽出された同期情報フレーム４０に基づいてマスタクロックを再生し、再生したマスタクロックを従属装置３０内の各ブロックに供給する。

ここで、マスタクロック再生部３１０についてさらに詳細に説明する。マスタクロック再生部３１０は、タイムスタンプ抽出・演算部３１１、クロック制御・分配部３１２、ＶＣＸＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＸｔａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３１３、位相比較部３１４、および発振器３１５を有する。

タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、同期情報フレーム４０内のシーケンス番号の連続性を確認し、以前受信した同期情報フレーム４０と重複するシーケンス番号を有する同期情報フレーム４０を破棄する。そして、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、正しいシーケンス番号を有する同期情報フレーム４０内のタイムスタンプ値に基づいて、過去の所定期間に受信したタイムスタンプ値と比較して演算を行なうことにより、周波数情報の再生を行い、再生した周波数情報をクロック制御・分配部３１２へ送る。

また、同期情報フレーム４０内に、マスタ通信装置２０が正常にマスタクロックを生成していない旨の情報が含まれている場合には、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、前回再生した周波数情報をクロック制御・分配部３１２へ送る。なお、正常動作時には、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、Ｎ系およびＥ系の同期情報フレーム４０を受信する。Ｅ系の同期情報フレーム４０は、障害監視時に、タイムスタンプ抽出・演算部３１１によって参照される。

発振器３１５は、クロック同期分配部２０３の基準となる周波数を発生させるものであり、例えば水晶発振器である。また、発振器３１５は、初期状態またはマスタ通信装置２０が正常にマスタクロックを生成できない場合の自走用クロックとして使用される。

位相比較部３１４は、発振器３１５からのクロックとクロック制御・分配部３１２からの再生クロックとの位相を比較し、位相差に応じた電圧をＶＣＸＯ３１３に供給することにより、ＶＣＸＯ３１３の発振周波数を調整する。クロック制御・分配部３１２は、ＶＣＸＯ３１３からのクロックをマスタクロックとして、従属装置３０内の各ブロックに供給する。

図５は、マスタ通信装置２０によるクロック状態監視処理の一例を示すフローチャートである。例えば、電源投入等の所定のタイミングで、マスタ通信装置２０は、本フローチャートに示すクロック状態監視処理を開始する。

まず、クロック同期分配部２０３は、障害が発生したことを示す割り込みが発生したか否かを判定する（Ｓ１００）。障害割り込みが発生していない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、クロック同期分配部２０３は、障害割り込みが発生するまでステップ１００を繰り返す。

障害割り込みが発生した場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、クロック同期分配部２０３は、発生した障害が、クロック受信選択部２０４がＮ系およびＥ系のいずれの専用線を介してもクロック供給装置１４から基準クロックを受信することができないことを示す入力クロック障害か否かを判定する（Ｓ１０１）。

入力クロック障害ではない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、クロック同期分配部２０３は、発生した障害が、クロック同期分配部２０３内のＰＬＬ障害か否かを判定する（Ｓ１０２）。ＰＬＬ障害でない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、クロック同期分配部２０３は、発生した障害が、クロック同期分配部２０３内のＰＬＬの同期確立障害であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。同期確立障害ではない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、クロック同期分配部２０３は、障害が発生した旨を、制御部２００を介してオペレーション装置２１に通知し、再びステップ１００に示した処理を行なう。

発生した障害が、ＰＬＬ障害である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）または同期確立障害である場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、クロック同期分配部２０３は、ＰＬＬを停止し、マスタ通信装置２０内の発振器のクロックをマスタクロックとして使用し（Ｓ１０５）、ステップ１０４に示した処理を行う。

発生した障害が、入力クロック障害である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、クロック同期分配部２０３は、ＰＬＬが前回同期を確立していたか否かを判定する（Ｓ１０６）。１度も同期を確立していない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、クロック同期分配部２０３は、ステップ１０５に示した処理を行なう。前回同期を確立していた場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、クロック同期分配部２０３は、ＰＬＬの周波数を、前回同期していた周波数に保持するＨｏｌｄＯｖｅｒ処理を行い（Ｓ１０７）、ステップ１０４に示した処理を行なう。

図６は、マスタ通信装置２０による同期情報フレーム４０の送信処理の一例を示すフローチャートである。例えば、電源投入等の所定のタイミングで、マスタ通信装置２０は、本フローチャートに示す同期情報フレーム４０の送信処理を開始する。

まず、同期フレーム生成部２１１は、同期情報フレーム４０を送信するタイミングか否かを判定する（Ｓ２００）。同期情報フレーム４０を送信すべきタイミングでない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、同期フレーム生成部２１１は、送信すべきタイミングになるまでステップ２００を繰り返す。本実施形態において、マスタ通信装置２０は、例えば１秒毎の所定の時間間隔で、定期的に同期情報フレーム４０を各従属装置３０へ送信する。

同期情報フレーム４０を送信すべきタイミングである場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、同期フレーム生成部２１１は、同期情報生成部２１２からタイムスタンプ値を取得する（Ｓ２０１）。そして、同期フレーム生成部２１１は、クロック情報生成部２１３からクロック情報を取得し（Ｓ２０２）、シーケンス番号を生成する（Ｓ２０３）。そして、同期フレーム生成部２１１は、タイムスタンプ値、クロック情報、およびシーケンス番号を含む同期情報フレーム４０を生成する（Ｓ２０４）。

次に、同期フレーム送信部２０１は、同期フレーム生成部２１１から取得した同期情報フレーム４０を複製してＮ系用の同期情報フレーム４０およびＥ系用の同期情報フレーム４０を生成する。そして、同期フレーム送信部２０１は、生成した２種類の同期情報フレーム４０を、送信先の従属装置３０の数分複製し、複製したそれぞれの同期情報フレーム４０に、送信先の従属装置３０の識別情報を付加して非同期インターフェイス２０２へ送る。非同期インターフェイス２０２は、Ｎ系の同期情報フレーム４０とＥ系の同期情報フレーム４０とを、別々のＮＩＣを介して非同期通信網１３へ送信し（Ｓ２０５）、同期フレーム生成部２１１は、再びステップ２００に示した処理を行なう。

図７は、従属装置３０の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、電源投入等の所定のタイミングで、従属装置３０は、本フローチャートに示す処理を開始する。

まず、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、同期情報フレーム４０を受信したか否かを判定する（Ｓ３００）。同期情報フレーム４０を受信した場合（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、同期情報フレーム４０内のシーケンス番号を参照して、前回受信した同期情報フレーム４０のシーケンス番号と重複していないかどうかを判定する（Ｓ３０１）。シーケンス番号が重複している場合（Ｓ３０１：Ｎｏ）、同期フレーム抽出部３０３から受け取った同期情報フレーム４０を破棄し（Ｓ３０２）、再びステップ３００に示した処理を行なう。

シーケンス番号が重複していない場合（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、同期情報フレーム４０内のクロック状態通知情報４２２を参照して、マスタ通信装置２０のクロック同期分配部２０３が正常にマスタクロックを生成しているか否かを判定する（Ｓ３０３）。同期情報フレーム４０のクロック状態通知情報４２２にマスタクロックが正常に生成されていない旨が格納されている場合（Ｓ３０３：Ｎｏ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、ステップ３０８に示す処理を行なう。

同期情報フレーム４０のクロック状態通知情報４２２に、マスタクロックが正常に生成されている旨が格納されている場合（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、同期情報フレーム４０からタイムスタンプ４２４を抽出する（Ｓ３０４）。そして、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、抽出したタイムスタンプ４２４を統計処理してマスタクロックの周波数情報および位相情報を再生してクロック制御・分配部３１２へ送る（Ｓ３０５）。

次に、位相比較部３１４は、発振器３１５からのクロックとクロック制御・分配部３１２からの再生クロックとの位相を比較し、位相差に応じた電圧をＶＣＸＯ３１３に供給することにより、ＶＣＸＯ３１３の発振周波数を調整し（Ｓ３０６）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、再びステップ３００に示した処理を行なう。

ステップ３００において、同期情報フレーム４０を受信していない場合（Ｓ３００：Ｎｏ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、前回、同期情報フレーム４０を受信してから所定期間経過したか否かを判定する（Ｓ３０７）。ステップ３０７における所定期間とは、例えば１０秒である。所定期間経過していない場合（Ｓ３０７：Ｎｏ）、再びステップ３００に示した処理を行なう。

前回、同期情報フレーム４０を受信してから所定期間経過した場合（Ｓ３０７：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、従属装置３０が起動してから少なくとも１回は同期を確立したか否かを判定する（Ｓ３０８）。従属装置３０が起動してから１度も同期を確立していない場合（Ｓ３０８：Ｎｏ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、ステップ３１０に示す処理を行なう。

従属装置３０が起動してから少なくとも１度は同期を確立している場合（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、前回再生したマスタクロックの周波数情報および位相情報をクロック制御・分配部３１２に供給することにより、ＶＣＸＯ３１３の発振周波数を、前回調整した値に保持するＨｏｌｄＯｖｅｒ処理を行う（Ｓ３０９）。そして、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、発生した障害が、障害保護範囲であるか否かを判定する（Ｓ３１０）。

ここで、障害保護範囲とは、例えば、ステップ３１０の判定を行なった回数が、ステップ３０４から３０６の処理を間に挟まずに、連続で３回未満であることである。例えば、ステップ３０３において、同期情報フレーム４０のクロック状態通知情報４２２にマスタクロックが正常に生成されていない旨が格納されている、または、ステップ３０７において、前回、同期情報フレーム４０を受信してから所定期間経過したと判定された回数が、連続で２回あった場合であっても、その後に受信した同期情報フレーム４０によって、ステップ３１０の判定を行なうことなくステップ３０４から３０６の処理が行われた場合には、次回、ステップ３１０の判定を行なう場合には、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、障害保護範囲内と判定する。

ステップ３１０において、障害保護範囲内の場合（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、再びステップ３００に示した処理を行なう。障害保護範囲外の場合（Ｓ３１０：Ｎｏ）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、受信する同期情報フレーム４０をＮ系からＥ系に切り替え（Ｓ３１１）、タイムスタンプ抽出・演算部３１１は、再びステップ３００に示した処理を行なう。ただし、前述のステップ３１１の処理において、受信する同期情報フレーム４０をＮ系からＥ系に切り替えているので、これ以降受信する同期情報フレーム４０は、Ｅ系となる。Ｎ系の同期情報フレーム４０は、次の切り替えまでフレーム障害状態の監視に用いられる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本発明の通信システム１０によれば、複数の同期通信網１１内の同期系装置１２が、非同期通信網１３を介して、互いに同期した通信を行うことができる。また、それぞれの従属装置３０は、同期情報フレーム４０によって、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成しているか否かを示す情報を取得することができるので、不正なタイムスタンプ４２４に基づいて内部クロックの周波数を調整してしまうことを防止することができる。これにより、クロック同期分配部２０３がマスタクロックを正常に生成することができない場合であっても、一定の期間は、それぞれの従属装置３０は、それぞれの内部クロックを用いて、互いに同期通信を行うことができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

図８は、通信システム１０の構成の他の例を示す。なお、以下に説明する点を除き、図８において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。

通信システム１０は、複数のマスタ通信装置２０を備える。それぞれのマスタ通信装置２０は、１のクロック供給装置１４から基準クロックをそれぞれ受け取り、受け取った基準クロックに同期したマスタクロックを生成する。そして、それぞれのマスタ通信装置２０は、一方がＮ系の同期情報フレームを生成し、他方がＥ系の同期情報フレームを生成する。

これにより、マスタクロックを生成するクロック同期分配部２０３を異なる装置で実現することができるので、クロック同期分配部２０３を２重化することができ、一方のクロック同期分配部２０３にＰＬＬ障害が発生した場合であっても他方のクロック同期分配部２０３が生成するマスタクロックに同期することによって、それぞれの従属装置３０は、互いに同期した通信を確実に行うことができる。

なお、それぞれのマスタ通信装置２０は、それぞれ異なるＮＩＣを介して、それぞれがＮ系／Ｅ系の同期情報フレーム４０を、それぞれの従属装置３０へ送信してもよい。これによりさらなる冗長化が図られ、システムの安定性を増大させることができる。

また、上記した実施形態では、それぞれの従属装置３０は、同期情報フレーム４０内のタイムスタンプ４２４を統計処理することによって、マスタクロックの周波数情報および位相情報を再生したが、本発明はこれに限られない。例えば、マスタ通信装置２０は、予め定められた時間間隔で定期的に同期情報フレーム４０を、非同期通信網１３を介してそれぞれの従属装置３０へ送信し、それぞれの従属装置３０は、マスタ通信装置２０から送信される同期情報フレーム４０の受信間隔を統計処理することにより、マスタクロックを再生するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る通信システム１０の構成を示す。マスタ通信装置２０の詳細な機能構成の一例を示す。同期情報フレーム４０のデータ構造の一例を示す。従属装置３０の詳細な機能構成の一例を示す。マスタ通信装置２０によるクロック状態監視処理の一例を示すフローチャートである。マスタ通信装置２０による同期情報フレーム４０の送信処理の一例を示すフローチャートである。従属装置３０の動作の一例を示すフローチャートである。通信システム１０の構成の他の例を示す。

符号の説明

１０・・・通信システム、１１・・・同期通信網、１２・・・同期系装置、１３・・・非同期通信網、１４・・・クロック供給装置、２０・・・マスタ通信装置、２００・・・制御部、２０１・・・同期フレーム送信部、２０２・・・非同期インターフェイス、２０３・・・クロック同期分配部、２０４・・・クロック受信選択部、２１０・・・マスタクロック情報生成部、２１１・・・同期フレーム生成部、２１２・・・同期情報生成部、２１３・・・クロック情報生成部、２１・・・オペレーション装置、３０・・・従属装置、３００・・・非同期インターフェイス、３０１・・・フレーム変換部、３０２・・・同期インターフェイス、３０３・・・同期フレーム抽出部、３１０・・・マスタクロック再生部、３１１・・・タイムスタンプ抽出・演算部、３１２・・・クロック制御・分配部、３１３・・・ＶＣＸＯ、３１４・・・位相比較部、３１５・・・発振器、４０・・・同期情報フレーム、４１・・・ＭＡＣヘッダ、４２・・・ペイロード、４３・・・トレーラ、４１０・・・送信先ＭＡＣアドレス、４１１・・・送信元ＭＡＣアドレス、４１２・・・ＴＰＩＤ、４１３・・・ＴＣＩ、４１４・・・長さ／タイプ、４１５・・・Ｕｓｅｒ・・・Ｐｒｉｏｒｉｔｙ、４１６・・・ＣＦＩ、４１７・・・ＶＬＡＮ＿ＩＤ、４２０・・・同期フレーム識別子、４２１・・・系指定、４２２・・・クロック状態通知情報、４２３・・・シーケンス番号、４２４・・・タイムスタンプ

Claims

非同期通信網を介して同期通信を行う通信システムであって、
基準クロックを生成するクロック生成装置と、
前記クロック生成装置と前記非同期通信網との間に設けられるマスタ通信装置と、
複数の同期通信網のそれぞれに１つずつ設けられ、対応する同期通信網と前記非同期通信網との間に設けられる複数の従属通信装置と
を備え、
前記マスタ通信装置は、
前記クロック生成装置によって生成された基準クロックを受信する基準クロック受信手段と、
前記基準クロック受信手段が受信した基準クロックに同期したマスタクロックを生成するマスタクロック生成手段と、
前記マスタクロックに関する情報を含む同期情報を生成する同期情報生成手段と、
前記同期情報を格納した同期情報フレームを生成し、生成した同期情報フレームを、前記非同期通信網を介して、複数の前記従属通信装置のそれぞれへ送信する同期情報フレーム送信手段と
を有し、
前記従属通信装置は、
前記マスタ通信装置から送信された同期情報フレームおよび他の従属通信装置から送信された非同期フレームを、前記非同期通信網を介して受信すると共に、非同期フレームを、前記非同期通信網を介して他の従属通信装置へ送信する非同期フレーム送受信手段と、
前記同期通信網内の通信機器と同期フレームを送受信する同期フレーム送受信手段と、
前記同期フレーム送受信手段が受信した同期フレームを非同期フレームのフォーマットに変換し、変換した非同期フレームを、前記非同期フレーム送受信手段に送信させると共に、前記非同期フレーム送受信手段が受信した非同期フレームを同期フレームのフォーマットに変換し、変換した同期フレームを、前記同期フレーム送受信手段に送信させるフレーム変換手段と、
前記非同期フレーム送受信手段が受信したフレームの中から前記同期情報フレームを抽出する同期フレーム抽出手段と、
前記同期フレーム抽出手段によって抽出された同期情報フレームに基づいてマスタクロックを再生し、再生したマスタクロックを、前記非同期フレーム送受信手段、前記同期フレーム送受信手段、前記フレーム変換手段、および前記同期フレーム抽出手段のそれぞれに供給するクロック再生手段と
を有し、
前記同期情報生成手段は、
前記基準クロック受信手段によって前記基準クロックが正常に受信されたか否かを示す情報であるクロック情報をさらに生成し、
同期情報フレーム送信手段は、
前記クロック情報を、前記同期情報フレームにさらに格納し、
前記クロック再生手段は、
前記同期情報フレーム内の同期情報に、前記基準クロック受信手段が前記基準クロックを正常に受信されなかった旨が格納されている場合に、直前に再生したマスタクロックを、引き続き前記非同期フレーム送受信手段、同期フレーム送受信手段、およびフレーム変換手段のそれぞれに供給することを特徴とする通信システム。
請求項１に記載の通信システムであって、
前記従属通信装置は、
前記マスタ通信装置から複数ルートにて送信されてくる同期情報フレームを受信する手段と、
障害を監視する手段と、
障害検出時に選択する同期情報フレームを切り替える手段と
をさらに有することを特徴とする通信システム。
請求項１または２に記載の通信システムであって、
前記マスタ通信装置および前記複数の従属通信装置のそれぞれは、
ＩＥＥＥ８０２．１Ｑに規定されるＶＬＡＮ技術を用いて、前記非同期通信網を介する互いに仮想的な通信路を形成し、
前記同期情報フレームに付加されるＶＬＡＮヘッダ内のＵｓｅｒＰｒｉｏｒｉｔｙフィールドの値を、前記複数の従属通信装置間で送受信される非同期フレームに付加されるＶＬＡＮヘッダ内のＵｓｅｒＰｒｉｏｒｉｔｙフィールドの値よりも、優先度が高くなる値に設定することを特徴とする通信システム。