專利名稱：時間控制裝置、時間控制方法以及程序的制作方法
技術領域：
本公開涉及時間控制裝置、時間控制方法以及程序，尤其涉及適合用在高精度地使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時候的時間控制裝置、時間控制方法以及程序。
背景技術：
在相關技術中，提供了使連接在網絡上的裝置的各自內部時間信息同步的結構，以及IEEE 1588 PTP(精確時間協議)被認為是它們的代表(例如，參照JP-A-2010-190635)。按照IEEE 1588 PTP，通過在連接在網絡上的主機(下文稱為“PTP主機”)與從機(下文稱為“PTP從機”)之間傳輸PTP消息，可以高達亞微秒精度地使PTP從機的時間信息與PTP主機的時間信息同步。詳細地說，使PTP從機的內部振蕩頻率f2與PTP主機的內部振蕩頻率fl同步，此后，使PTP從機的時間信息與PTP主機的時間信息同步。在下文中，將使PTP從機的內部振蕩頻率f2與PTP主機的內部振蕩頻率fl同步的處理稱為頻率同步，將使PTP從機的時間信息與PTP主機的時間信息同步的處理稱為時間同步。圖1例示了按照相關技 術的使用IEEE 1588 PTP的高精度時間同步處理的概況。PTP主機根據振蕩頻率fl在預定時段Am期間在網絡上發送起PTP消息作用的Sync (同步)消息，該PTP消息包括作為PTP主機的時間信息的發送時間Tlit5同時，PTP從機響應從PTP主機發送的Sync消息的接收,提取包括在Sync消息中的發送時間Tli,并讀取作為PTP從機的時間信息的接收時間T2it)也就是說，每當接收到Sync分組時，PTP從機就獲取發送時間Tli和接收時間T2it)另外，PTP從機在網絡上向PTP主機發送起PTP消息作用的Delay_req消息，并讀取作為PTP從機的時間信息的發送時間T3。同時，PTP主機響應Delay_req消息的接收，讀取作為PTP主機的時間信息的接收時間T4，并向PTP從機發送起包括接收時間T4的PTP消息作用的Delay_res消息作為應答。因此，PTP從機通過發送Delay_req消息和接收作為響應Delay_req消息的回答的Delay_res消息獲取來自PTP從機的Delay_req消息的發送時間T3和PTP主機的接收時間T4。這里,假設在網絡上發送像Sync消息、Delay_req消息、和Delay_res消息那樣的PTP消息所需的時間(下文稱為“網絡延遲時間”)是不變的，和通常是一致的。在這種假設下，如果PTP主機的振蕩頻率f I等于PTP從機的振蕩頻率f2，則PTP主機的Sync消息的發送間隔A Iii=Tl2-Tl1等于PTP從機的Sync消息的接收間隔A s=T22-T2lt)換句話說，在Am與A s之間的差值，即，Am-A s不是0的情況下，可以認為該情況在PTP主機的振蕩頻率fl與PTP從機的振蕩頻率f2之間存在誤差，因此，振蕩頻率不是同步的。因此，關于頻率同步，可以調整PTP從機的振蕩頻率f2，以便在PTP從機中Am與A s之間的差值,即，Am-As (下文稱為“頻率偏差”)是O。頻率偏差Am-As使用如下方程I來計算:
頻率偏差A !H-As=(Tl2-Tl1)-O^2-TS1) = (TS1-Tl1)-O^2-Tl2) (I)關于時間同步，可以在PTP從機中根據Sync消息的發送時間Tl2和接收時間T22以及Delay_req消息的發送時間T3和接收時間T4計算顯示在方程4中的時間差，以及可以調整內部時鐘T2以便在PTP從機中該時間差是O。Sync消息的網絡延遲= (T22 -時間差)-Tl2= (T22-T12)-時間差 (2)Delay_req消息的網絡延遲=T4-(T3 -時間差)= (T4_T3)+時間差 (3)假設Sync消息的網絡延遲=Delay_req消息的網絡延遲=一致。因此，關于時間差，通過從方程2中減去方程3導出隨后方程4:時間差={(T22-Tl2)-(T4-T3)}/2(4)另外，關于網絡延遲，通過將方程2與方程3相加導出隨后方程5:網絡延遲={0'22-!12)+ 0'4-丁3)}/2 (5)

發明內容
但是，如果像圖像信號那樣的高容量分組在PTP主機與PTP從機連接的相關網絡上高速流動，則在網絡上會發生擁塞，因此PTP消息的上述網絡延遲時間可能會發生暫時增加。例如，如圖2所示，可能存在Delay_req消息的網絡延遲(T^-TSp1)與Sync消息的網絡延遲(T2H-TU相比增加的情況。另外，相反，可能存在Delay_req消息的網絡延遲(T4j-T3j)與Sync消息的網絡延遲(TZ1-Tli)相比減小的情況。在這些情況下，由于實現不了 PTP消息的網絡延遲時間一致的上述假設，所以難以使用上述方法精確進行頻率同步或時間同步。因此，最好是能夠高精度地在網絡上與主機進行時間同步。本公開的一個實施例針對配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時間控制裝置，該時間控制裝置包括:多個計算單元，用于根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，分別計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲；選擇單元，用于根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及調整單元，用于根據所選時間差調整從機的時間信息。該多個計算單元可以根據從具有不同通信定時的多個第一消息和多個第二消息中組合的第一消息和第二消息的各自發送/接收時間分別計算候選時間差和網絡延遲。 該多個計算單元可以包括第一到第三計算單元，第一計算單元可以根據從主機發送和使用從機接收的最近第一消息的發送/接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的最近第二消息的發送/接收時間，計算第一候選時間差和第一網絡延遲，第二計算單元可以根據從主機發送和使用從機接收的前一個第一消息的發送/接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的最近第二消息的發送/接收時間，計算第二候選時間差和第二網絡延遲，以及第三計算單元可以根據從主機發送和使用從機接收的最近第一消息的發送/接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的前一個第二消息的發送/接收時間，計算第三候選時間差和第三網絡延遲。該選擇單元在第一網絡延遲小于閾值時可以選擇第一候選時間差作為時間差，在第一網絡延遲等于或大于閾值而第二網絡延遲小于第三網絡延遲時可以選擇第二候選時間差作為時間差，以及在第一網絡延遲等于或大于閾值而第二網絡延遲等于或大于第三網絡延遲時可以選擇第三候選時間差作為時間差。本公開的另一個實施例針對配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時間控制裝置的時間控制方法，該時間控制方法包括:根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲；根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及使用所述時間控制裝置根據所選時間差調整從機的時間信息。本公開的又一個實施例針對使配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的計算機起如下作用的程序:多個計算單元，用于根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，分別計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲；選擇單元，用于根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及調整單元，用于根據所選時間差調整從機的時 間信息。在本公開的實施例中，提供了基于從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送/接收時間以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送/接收時間的多種組合的從機相對于主機的多個候選時間差、和每一個指示在網絡上發送第一消息所需的時間和在網絡上發送第二消息所需的時間的平均值的多個網絡延遲。根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及根據所選時間差調整從機的時間信息。按照本公開的實施例，可以高精度地在網絡上與主機進行時間同步。


圖1是例示按照相關技術的使用IEEE1588PTP的高精度時間同步處理的概況的視圖；圖2是例示網絡延遲發生變化的例子的視圖；圖3是例示本公開所應用的時間控制裝置的配置例子的框圖；圖4是例示使用時間控制裝置的時間調整處理的流程圖；以及圖5是例示計算機的配置例子的框圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖詳細描述實現本公開的方式(下文稱為“實施例”)。按照本公開的實施例的時間控制裝置包括在PTP從機(從機)中，該PTP從機以在網絡上向/從PTP主機(主機)發送和接收PTP消息的方式使時間信息與PTP主機的時間信息同步。另外，在這種時間同步之前事先進行頻率同步，因此使PTP從機的振蕩頻率f2高精度地與PTP主機的振蕩頻率fl同步。[時間控制裝置的配置例子]圖3例示了按照實施例的時間控制裝置的配置例子。時間控制裝置10計算分別與3種類型的時間差01、02和03相對應的網絡延遲Dl、D2和D3，根據網絡延遲Dl到D3選擇時間差01、02和03之一，并按照所選時間差調整時間信息。另外，時間差01和網絡延遲Dl根據最近Sync消息和最近Delay_req消息的發送/接收時間來計算。時間差02和網絡延遲D2根據前一個Sync消息和最近Delay_req消息的發送/接收時間來計算。時間差03和網絡延遲D3根據最近Sync消息和前一個Delay_req消息的發送/接收時間來計算。時間控制裝置10包括相減單元11和12。進一步，時間控制裝置10包括相減單元
13、相除單元14、相加單元15、和相除單元16作為用于計算時間差01和網絡延遲Dl的配置。另外，時間控制裝置10包括延遲單元17、相減單元18、相除單元19、相加單元20、和相除單元21作為用于計算時間差02和網絡延遲D2的配置。另外，時間控制裝置10包括延遲單元22、相減單元23、相除單元24、相加單元25、和相除單元26作為用于計算時間差03和網絡延遲D3的配置。更進一步，時間控制裝置10包括選擇單元27、選擇控制單元28、和時間調整單元29。相減單元11將使用PTP從機 接收的最近Sync消息的接收時間T2i與發送時間Tli相減，并將結果輸出到相減單元13、相加單元15、延遲單元17、相減單元23、和相加單元25。相減單元12將從PTP從機發送的最近Delay_req消息中PTP主機的接收時間T4」與發送時間T3d目減，并將結果輸出到相減單元13、相加單元15、相減單元18、相加單元20、和延遲單元22。相減單元13和相除單元14計算方程4。也就是說，通過將作為相減單元11的輸出的(T21- Tli)與作為相減單元12的輸出的(Tl - T3j)相減并將結果除以2計算時間差01，并將時間差01輸出到選擇單元27。相加單元15和相除單元16計算方程5。也就是說，通過將作為相減單元11的輸出的(T21-Tli)與作為相減單元12的輸出的(T4j -T3j)相加并將結果除以2計算網絡延遲Dl，并將網絡延遲Dl輸出到選擇控制單元28。延遲單元17保持作為相減單元11的輸出的(T21- TliX當隨后從相減單元11接收到輸入時，延遲單元17將保持到那時的(T2h-Tlp1)輸出到相減單元18和相加單元20。相減單元18和相除單元19計算方程4。也就是說，通過將作為延遲單元17的輸出的(T2g - Tli^1)與作為相減單元12的輸出的(Tl - T3j)相減并將結果除以2計算時間差02，并將時間差02輸出到選擇單元27。相加單元20和相除單元21計算方程5。也就是說，通過將作為延遲單元17的輸出的(T2h - Tli^1)與作為相減單元12的輸出的(T4j - T3j)相加并將結果除以2計算網絡延遲D2，并將網絡延遲D2輸出到選擇控制單元28。延遲單元22保持作為相減單元12的輸出的(T4j - T3」)。當從相減單元12接收到輸入時，延遲單元22將保持到那時的(T4j_1- T3j_i)輸出到相減單元23和相加單元25。相減單元23和相除單元24計算方程4。也就是說，通過將作為相減單元11的輸出的(T21- Tli)與作為延遲單元22的輸出的(T4j_1- TSjm)相減并將結果除以2計算時間差03，并將時間差03輸出到選擇單元27。相加單元25和相除單元26計算方程5。也就是說，通過將作為相減單元11的輸出的(T21- Tli)與作為延遲單元22的輸出的(T4j_1- TSjm)相加并將結果除以2計算網絡延遲D3，并將網絡延遲D3輸出到選擇控制單元28。選擇單元27在選擇控制單元28的控制下選擇從相除單元14輸入的時間差01、從相除單元19輸入的時間差02、和從相除單元24輸入的時間差03的某一個，并將所選時間差輸出到時間調整單元29作為時間差0'。選擇控制單元28根據從相除單元16輸入的網絡延遲D1、從相除單元21輸入的網絡延遲D2、和從相除單元26輸入的網絡延遲D3控制使用選擇單元27進行的選擇處理。時間調整單元29調整PTP從機的內部時間信息，以便從選擇單元27輸入的時間差0'是O。[操作描述]隨后，將描述時間控制裝置10的操作。圖4是例示使用時間控制裝置10進行的時間調整處理的流程圖。時間調整處理按預定間隔周期性地進行。另外，假設在時間調整處理之前進行頻率同步。在步驟SI中，相減單元 11計算和輸出(TZ1-TliX相減單元12計算和輸出(T^1-TSjm)0在步驟S2中，相減單元13和相除單元14計算時間差OlHO^-Tg-CM^np}/〗，并將結果輸出到選擇單元27。相減單元18和相除單元19計算時間差02=/2，并將結果輸出到選擇單元27。相減單元23和相除單元24計算時間差03= (O^-Tli)-(T^1-TSp1M/2，并將結果輸出到選擇單元27。在步驟S3中，相加單元15和相除單元16計算網絡延遲Dl= (O^-Tli)+ (T4j-T3j)}/2，并將結果輸出到選擇控制單元28。相加單元20和相除單元21計算網絡延遲+ (T4j-T3j)}/2，并將結果輸出到選擇控制單元28。相加單元25和相除單元26計算網絡延遲D3={ C^1-Tli)+ (T^1-TSjJ }/2，并將結果輸出到選擇控制單元28。另外，實際上，步驟S2中的處理和步驟S3中的處理同時進行。在步驟S4中，選擇控制單元28確定網絡延遲Dl是否小于預定閾值。如果確定的結果是肯定的，則該處理轉到步驟S5。在步驟S5中，選擇單元27在使用選擇控制單元28進行的控制下選擇從相除單元14輸入的時間差01，并將所選時間差01輸出到時間調整單元29作為時間差0'。如果在步驟S4中進行的確定的結果是否定的，則該處理轉到步驟S6。在步驟S6中，選擇控制單元28確定網絡延遲D2是否小于網絡延遲D3。如果確定的結果是肯定的，則該處理轉到步驟S7。在步驟S7中，選擇單元27在使用選擇控制單元28進行的控制下選擇從相除單元19輸入的時間差02，并將所選時間差02輸出到時間調整單元29作為時間差
0' O如果在步驟S6中進行的確定的結果是否定的，則該處理轉到步驟S8。在步驟S8中，選擇單元27在使用選擇控制單元28進行的控制下選擇從相除單元24輸入的時間差03，并將所選時間差03輸出到時間調整單元29作為時間差0'。
在步驟S9中，時間調整單元29調整PTP從機的內部時間信息，以便從選擇單元27輸入的時間差0'是O。如上，時間調整處理終止。按照上述時間調整處理，如果根據認為通信定時最接近，也就是說，網絡延遲的變化最小的最近Sync消息和最近Delay_req消息的發送/接收時間計算的網絡延遲Dl小于閾值，則根據時間差01調整時間信息。另外，如果網絡延遲Dl等于或大于閾值，則將根據前一個Sync消息和最近Delay_req消息的發送/接收時間計算的網絡延遲D2與根據最近Sync消息和前一個Delay_req消息的發送/接收時間計算的網絡延遲D3相比較。此后，根據與較小相對應的時間差02或03調整時間信息。也就是說，按照時間調整處理，由于與網絡延遲的變化較小的Sync消息和Delay_req消息的組合相對應的時間差被選來用于調整時間，所以與相關技術相比可以高精度地使PTP從機的時間信息與PTP主機的時間信息同步。另外，如果網絡延遲Dl等于或大于閾值以及網絡延遲D2和網絡延遲D2的較小者大于預定閾值，則可以不將時間差0'輸出到時間調整單元29，并可以將時間信息的調整推遲到隨后時間調整處理。進一步，例如，比較網絡延遲Dl到D3，并可以將與其最小者相對應的時間差設置成時間差0'。另外，盡管在本實施例中通過將最近Sync消息與第一 Delay_req消息相組合或將最近Delay_req消息與在前Sync消息相組合計算時間差和網絡延遲，但本公開不局限于此。例如，可以通過將最近Sync消息與第nDelay_req消息相組合或將最近Delay_req消息與第n在前Sync消息相組合計算時間差和網絡延遲。進一步，盡管在本實施例中時間差0'是從計算的三種類型時間差01到03中選擇的，但也可以計算四種或更多種類型的時間差并可以從中選擇時間差0'。同時，使用上述時間控制裝置10進行的一系列處理可以使用硬件和軟件來執行。當使用軟件進行該一系列處理時，將包括在軟件中的程序安裝在計算機中。這里，該計算機包括與專用硬件合并的計算機或，例如，通過安裝各種類型的程序可以執行各種類型的功能的通用個人計算機。圖5是例示使用程序進行上述一系列處理的計算機的硬件配置例子的框圖。在該計算機中，中央處理單元(CPU) 101、只讀存儲器(ROM) 102、和隨機訪問存儲器(RAM) 103經由總線104相互連接。進一步，輸入/輸出接口 105與總線104連接。輸入單元106、輸出單元107、存儲單元108、通信單元109、和驅動器110與輸入/輸出接口 105連接。輸入單元106包括鍵盤、鼠標、和麥克風。輸出單元107包括顯示器、和揚聲器。存儲單元108包括硬盤和非易失性存儲器。通信單元109包括網絡接口。驅動器110驅動像磁盤、光盤、磁光盤、或半導體存儲器那樣的可移動媒體111。在如上所述配置的計算機中，上述一系列處理以CPUlOl將存儲在，例如，存儲單元108中的程序裝載到RAM103中，并經由輸入/輸出接口 105和總線104執行程序的方式進行。使用計算機(CPUlOl)執行的程序可以記錄在起，例如，軟件包媒體作用和可以提供的可移動媒體111中。另外，該程序可以經由像局域網、互聯網、和數字衛星廣播那樣的有線或無線傳輸媒體提供。在該計算機中，可以通過將可移動媒體111安裝在驅動器110上經由輸入/輸出接口 105將程序安裝在存儲單元108中。另外，程序可以經由有線或無線傳輸媒體地使用通信單元109來接收，并且可以安裝在存儲單元108中。另外，程序可以事先安裝在R0M102或存儲單元108中。另外，使用計算機執行的程序可以是按照描述在本說明書中的次序依次執行其進程的程序，或可以是并行地或在作出調用的必要定時上執行其進程的程序。另外，本公開的實施例不局限于上述實施例，可以不偏離本公開的主旨地作出各種類型的修改。 本公開包含與公開在2012年I月24日向日本專利局提交的日本優先權專利申請JP2012-011711中的主題有關的主題，特此通過引用并入其全部內容。本領域的普通技術人員應該明白，只要在所附權利要求書或其等效物的范圍之內，視設計要求和其他因素而定，可以作出各種各樣的修改、組合、分組合和變更。
權利要求
1.一種配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時間控制裝置，該時間控制裝置包含: 多個計算單元，用于根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，分別計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲； 選擇單元，用于根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及 調整單元，用于根據所選時間差調整從機的時間信息。
2.按照權利要求1所述的時間控制裝置， 其中該多個計算單元根據從具有不同通信定時的多個第一消息和多個第二消息中組合的第一消息和第二消息的各自發送和接收時間分別計算候選時間差和網絡延遲。
3.按照權利要求2所述的時間控制裝置， 其中該多個計算單元包括第一到第三計算單元， 其中第一計算單元根據從主機發送和使用從機接收的最近第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的最近第二消息的發送和接收時間，計算第一候選時間差和第一網絡延遲， 其中第二計算單元根據從主機發送和使用從機接收的前一個第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的最近第二消息的發送和接收時間，計算第二候選時間差和第二網絡延遲，以及 其中第三計算單元根據從主機發送和使用從機接收的最近第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的前一個第二消息的發送和接收時間，計算第三候選時間差和第二網絡延遲。
4.按照權利要求3所述的時間控制裝置， 其中該選擇單元在第一網絡延遲小于閾值時選擇第一候選時間差作為時間差，在第一網絡延遲等于或大于閾值而第二網絡延遲小于第三網絡延遲時選擇第二候選時間差作為時間差，以及在第一網絡延遲等于或大于閾值而第二網絡延遲等于或大于第三網絡延遲時選擇第三候選時間差作為時間差。
5.一種配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時間控制裝置的時間控制方法，該時間控制方法包含: 根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲； 根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及 使用所述時間控制裝置根據所選時間差調整從機的時間信息。
6.一種使配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的計算機起如下作用的程序: 多個計算單元，用于根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，分別計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上通信第一消息所需的時間和在網絡上通信第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲； 選擇單元，用于根據多個所計算網絡延遲選擇多個所計算候選時間差之一作為時間差；以及 調整單元，用于根 據所選時間差調整從機的時間信息。
全文摘要
一種配備在從機中和使時間信息與連接在網絡上的主機的時間信息同步的時間控制裝置包括計算單元，用于根據從主機發送和使用從機接收的第一消息的發送和接收時間、以及從從機發送和使用主機接收的第二消息的發送和接收時間，分別計算從機相對于主機的候選時間差、以及指示在網絡上發送第一和第二消息所需的時間的平均值的網絡延遲；選擇單元，用于根據多個所計算網絡延遲選擇所計算候選時間差之一作為時間差；以及調整單元，用于根據所選時間差調整從機的時間信息。
文檔編號H04J3/06GK103220060SQ201310017059
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月17日 優先權日2012年1月24日
發明者染谷郁男, 浜松俊彥, 兒島俊明 申請人:索尼公司