説明

クロック補正周期補正方法および無線基地局装置

【課題】遅延変動時にも内部クロック補正周期の補正を可能とするクロック補正周期補正方法を得ること。
【解決手段】第1の回数にわたって、NTPサーバに対してNTPパケットを送信し当該NTPパケットの送信に対する応答を受信するNTPアクセスを実行し、また、NTPアクセスステップの実行結果のなかから最も信頼度が高いアクセス結果を抽出し、その抽出結果をNTPサーバへの伝送路遅延として決定することを、内部クロックの補正周期よりも短い周期であるNTPアクセス周期にて繰り返し実行することとし、さらに、決定された伝送路遅延と、前回の補正周期時の伝送路遅延との差分が、連続する第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合に、補正周期のずれを補正する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、NTP(Network Time Protocol)サーバにアクセスして内部クロックの補正を行う場合のクロック補正周期補正方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、3G無線基地局は、位相同期や無線周波数同期を確立するために自局の内部クロックを用いた基準タイミングを使用しているが、この基準タイミングは、誤差や許容範囲が狭く、また、誤差が生じ蓄積されることで許容範囲を超えてしまう可能性がある。これを回避するために、従来の装置では、精度が高く誤差の生じにくい高精度クロック源を具備する、または、GPS(Global Positioning System)などを用いて随時タイミングを補正する、といった対策がとられる。
【0003】
しかしながら、不感地対策で用いられるような小型基地局には、たとえば、低価格化を実現するために安価な低精度クロック源が搭載される可能性がある。または、このような小型基地局は、地下などのGPSの電波が届かない場所で運用されることなどが考えられる。このため、ネットワークに接続された外部の高精度クロック源(たとえばNTPなど)からタイムスタンプなどの情報を得ることで、内部クロックを補正する方式が考えられている。
【0004】
たとえば、下記特許文献1では、スレーブタイムサーバが、専用線で接続されたマスタタイムサーバから基準クロックを取得して基地局に時刻情報を送出し、また、基地局の時刻補正を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−182385号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記従来の技術によれば、NTPによる内部クロックの補正を実施する場合に、遅延量が測定された遅延分布平均を大きく上回る場合には、ネットワーク障害が起こっている可能性が高いと判断し、タイムパケットを送出せず、時刻補正を行わない。したがって、タイムスタンプ送出経路の一時的な異常や半定常的なルーティング経路の変更などにより、ネットワーク遅延状況が変化した場合には、つぎの補正タイミングまでシステムが使用できなくなる、という問題があった。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遅延変動時にも内部クロック補正周期の補正を可能とするクロック補正周期補正方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、周期的にNTPサーバへアクセスすることで自装置の内部クロックを補正する無線基地局装置におけるクロック補正周期補正方法であって、第1の回数にわたって、前記NTPサーバに対してNTPパケットを送信し当該NTPパケットの送信に対する応答を受信するNTPアクセスを実行するNTPアクセスステップと、前記NTPアクセスステップの実行結果のなかから最も信頼度が高いアクセス結果を抽出し、その抽出結果をNTPサーバへの伝送路遅延として決定するNTPサーバ遅延決定ステップと、を含み、内部クロックの補正周期よりも短い周期であるNTPアクセス周期にて、前記NTPアクセスステップおよび前記NTPサーバ遅延決定ステップを繰り返し実行することとし、さらに、前記NTPサーバ遅延決定ステップで決定された伝送路遅延と、前回の補正周期時の伝送路遅延との差分が、連続する第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合に、前記補正周期のずれを補正する補正周期調整ステップ、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、補正周期を一定に保つことが可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、本発明にかかる無線基地局装置の、実施の形態の構成例を示す図である。
【図2】図2は、NTP補正方式のクロック補正について説明するための図である。
【図3】図3は、残留誤差を求める方法を示す図である。
【図4】図4は、本実施の形態におけるNTPアクセスを説明するための図である。
【図5】図5は、前回の補正周期時の遅延測定結果を基準に、今回の遅延測定結果を評価した様子を示す図である。
【図6】図6は、実施の形態におけるリトライ周期と補正周期との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に、本発明にかかるクロック補正周期補正方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0012】
実施の形態.
図1は、本発明にかかる無線基地局装置の、本実施の形態の構成例を示す図である。図1の無線基地局装置は、IP(Internet Protocol)I/F部1と、クロック補正部2と、基準クロック源3と、RF(Radio Frequency)部4とを備える。
【0013】
IP I/F部1は、外部のNTPサーバ(図示せず)とのインターフェースである。クロック補正部2は、クロックの補正周期を調整する。基準クロック源3は、図1の無線基地局装置の基準クロックを発振する水晶発振器などである。RF部4は、デジタル回路などで構成され、基準クロック源3により生成されるクロックを用いて、無線基地局装置内部の無線信号を処理する。
【0014】
源振カウンタ部11は、基準クロック源3から受信するクロックのクロック数をカウントする。カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、源振カウンタ部11から通知されるクロック数に基づいて、当該クロック数に該当する時間を算出する。そして、自身が管理する「補正周期に相当するクロック数(時間)」ごとに、NTPパケット処理部13に対して時刻の取得を指示し、また、算出時間をクロック調整量算出部14に通知する。なお、「補正周期」とは、クロック精度を保持するために必要なタイムスタンプ間隔である。タイムスタンプ間隔は、最低限観測を継続する必要のある期間以上であればよい。
【0015】
また、カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、補正周期とは独立する周期であって、NTPサーバとの間の伝送路遅延を検出するためのNTPアクセス周期(詳細後述)にて、NTPパケット送出を実行するようNTPパケット処理部13を制御する。
【0016】
NTPパケット処理部13は、IP I/F部1を介してNTPサーバとの間でNTPパケットを送受信し、NTPパケットに含まれるリファレンスタイムスタンプ(サーバ送信時刻:Transmit Timestamp)を取得し、クロック調整量算出部14に通知する。クロック調整量算出部14は、カウンタ値タイムスタンプ取得部12から通知される算出時間、およびNTPパケット処理部13から通知されるサーバ送信時刻を用いてこれらの差分を算出し、当該差分から当該時刻におけるクロックずれを検出する。また、NTPアクセスによる遅延測定を実行し、その結果に基づいて補正周期の補正を行う。
【0017】
つづいて、以上のように構成された無線基地局装置における動作を説明する。まず、NTPパケットによるクロック補正の動作について説明する。
【0018】
NTPサーバから受信するNTPパケットには、リファレンスタイムスタンプ(以下、単に「タイムスタンプ」ともいう)が含まれる。無線基地局装置のカウンタ値タイムスタンプ取得部12は、源振カウンタ部11から通知されるクロック数をカウントして時間を算出し、一定時間ごとにNTPパケット処理部13に時刻取得を指示するとともに、クロック調整量算出部14に算出時刻を通知する。NTPパケット処理部13は、カウンタ値タイムスタンプ取得部12から時刻取得を指示されるとNTPパケットを送信し、NTPサーバより返信されたNTPパケットを受信する。NTPパケット処理部13は、受信したNTPパケットからタイムスタンプを取得し、クロック調整量算出部14に通知する。クロック調整量算出部14は、カウンタ値タイムスタンプ取得部12より算出時間を、NTPパケット処理部13よりタイムスタンプを得る。無線基地局装置においては、このようなクロック数カウント,時間算出,時刻取得、といった処理を継続して行う。
【0019】
図2は、NTP補正方式のクロック補正について説明するための図である。図2に示すように、タイムスタンプ(n)(nは自然数)とタイムスタンプ(n+1)の差分と、その間のクロックカウント数から算出される時間とを比較することで、当該タイムスタンプ間のクロックずれが検出できる。これを観測するために、補正周期にてNTPパケットを送受信する。
【0020】
無線基地局装置では、上記補正周期ごとに検出されるクロックずれの量に応じて補正量を決定し、クロック補正を実施する。このときの補正量は、補正周期ごとに受信するNTPパケットのサーバ送信間隔とクロックカウント数とを比較することにより検出されるクロックずれを、ゼロとする値である。たとえば、基準クロック源3が生成するクロックのカウンタ値“X”に相当する時間が“x”であるとすると、このときのクロック補正量は、以下の式(1)で算出される。
【0021】
[{TS(n+1)−TS(n)}−x]/[TS(n+1)−TS(n)](ppm)
…(1)
【0022】
クロック調整量算出部14は、式(1)によって求めたクロック補正量を用いて、1クロックに相当する時間を補正する。
【0023】
ところで、補正を行っても補正量における誤差(以下、「残留誤差」ともいう)は存在する。残留誤差は、NTPパケットが伝送されるネットワークに対して想定する最大遅延揺らぎ(実質最大遅延揺らぎ)と補正周期との比で決まる。図3は、残留誤差を求める方法を示す図である。たとえば、タイムスタンプ到着にあたり、±Zmsの遅延揺らぎが含まれると仮定すると、実際のクロックカウント時間は、下記、式(2)で表されるMIN〜式(3)で表されるMAX、の間の値を取ることになる。
【0024】
MIN=(TS(n+1)−Zms)−(TS(n)+Zms) …(2)
MAX=(TS(n+1)+Zms)−(TS(n)−Zms) …(3)
【0025】
したがって、上記の場合には、補正周期に対する遅延揺らぎの最大誤差が±2Zであるため、このときの最大補正残留誤差は、以下に示す、式(4)で表される。
最大残留誤差=±{2Z/補正周期}(ppm) …(4)
【0026】
つぎに、遅延状態の監視によりクロック補正周期を補正する動作について説明する。本実施の形態では、補正周期とは別の短周期で、NTPサーバにアクセスするNTPアクセスを実施する。以下、この短周期を「NTPアクセス周期」という。NTPアクセス周期とは、NTPサーバとの間の伝送路遅延を検出するためにNTPアクセスを実行する周期である。図4は、本実施の形態におけるNTPアクセスを説明するための図である。無線基地局装置は、1NTPアクセス周期ごとに、たとえば100回以上のNTPアクセスを行ってサンプルを得る。無線基地局装置は、当該NTPアクセスにてNTPサーバとの間の伝送路の遅延状態を監視する。
【0027】
無線基地局装置のカウンタ値タイムスタンプ取得部12は、上述同様、源振カウンタ部11からのカウンタ値に基づいて時刻を算出し、NTPアクセス周期に達するごとに、遅延監視を行う旨をNTPパケット送受信処理部13に指示する。NTPパケット送受信処理部13は、NTPパケットを送信し、当該NTPパケットの返信をNTPサーバから受信すると、その旨をカウンタ値タイムスタンプ取得部12に通知する。これを受けたカウンタ値タイムスタンプ取得部12は、源振カウンタ部11からのカウンタ値を用いて時刻を算出し、当該NTPパケットの基地局受信時刻(クロックカウンタ値)を得る。カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、基地局受信時刻をクロック調整量算出部14に通知する。また、NTPパケット送受信処理部13は、NTPパケットから取得したサーバ送信時刻を、クロック調整量算出部14に通知する。NTPパケット送受信処理部13は、以上の処理を所定のNTPアクセス回数(ここでは、100アクセス)にわたって行う。
【0028】
クロック調整量算出部14は、このようにして得られたサンプル(サンプル数:100)を用いて遅延測定を行う。具体的には、まず、サンプル全てのなかから、最も信頼度の高いサンプルとして、たとえば、サーバ送信時刻と基地局受信時刻(クロックカウンタ値)との差分が最小となるサンプルを抽出する。そして、往復の遅延を得るために、そのサンプルの遅延を2倍にしたアクセス結果(往復の伝送路遅延)を、今回のNTPアクセス周期の遅延測定結果とする。なお、遅延測定結果は、他の抽出方法により決定されてもよい。
【0029】
ところで、上記サンプルの数は、ネットワークでのパケットロス,異常遅延対策による廃棄などを考慮しない場合の総数である。したがって、ネットワークにおける遅延,パケットロスの状況によって、取得される有効サンプル数は変動する。サンプル数の値は、チューニングパラメータによる変更を可能とする。
【0030】
また、サンプルとして取得した複数NTPパケット間の比較における、基地局受信時刻の時間軸が変動しないように、同一パケット群(同一NTPアクセス周期)のNTPパケットを受信している間は、通常のNTPクライアントが行う自装置内の時刻補正に相当する処理(クロックカウンタの補正)は行わないこととする。
【0031】
つづいて、クロック調整量算出部14は、前回の補正周期時に測定した遅延測定結果(補正周期前の最後の遅延測定結果)と、今回の遅延測定結果とを比較する。そして、「遅延測定結果の差分が、所定の回数にわたり連続して、所定の閾値以上となった」場合に、ルーティング経路の変化などによる定常的な遅延変動が発生したと判断し、補正周期のずれを補正する制御を行う。この際、補正周期は変化しないように、次回の補正周期の起動タイミングを補正する。具体的には、たとえば、カウンタ値タイムスタンプ取得部12が保持する「補正周期に相当するクロック数」を、遅延の変動量に相当するクロック数だけ増減させる。たとえば、往復で1秒であった伝送遅延が2秒に変化した場合には、差分となる1秒に相当するクロック数を、現行の補正周期に相当するクロック数から減算する。また、たとえば、往復で2秒であった伝送遅延が1秒に変化した場合には、差分となる1秒に相当するクロック数を、現行の補正周期に相当するクロック数に加算する。このように、補正周期の起動タイミングを遅延の変動に追随して調整することで、補正周期を一定周期にて維持可能となる。
【0032】
図5は、前回の補正周期時の遅延測定結果を基準に、今回の遅延測定結果を評価した様子を示す図である。図5では、前回補正周期の遅延測定結果との差が、3回連続して、図に示す閾値以上となった場合を示す。
【0033】
なお、図5では、差分がプラスである場合、すなわち、遅延測定結果が増加した例を示しているが、閾値を示す点線にて示すように、差分がマイナスである場合もある。差分がマイナスである場合は、今回の遅延測定結果が前回の補正周期時の遅延測定結果と比較して減少した場合である。この場合にも、上記同様に、補正周期のずれを補正し、次回の補正周期の起動タイミングを補正する。
【0034】
これにより、ネットワーク遅延状況やルーティング経路の変化が発生した際にも、当該変化を検出し、クロックの補正周期ずれを補正可能となる。
【0035】
ところで、定常的な遅延と判定するには、閾値以上の遅延が所定の回数にわたり連続することが条件であるため、遅延が検出されているが、補正周期に達した時点で所定の回数に満たない場合がある。この場合、定常的な遅延が発生している可能性があるにも関わらず、補正周期のずれを補正する必要があるとは判定できない。そのため、クロック調整量算出部14は、補正周期に達した時点で、遅延測定により閾値以上の遅延を検出したが、補正周期のずれを補正しないと判断した場合には、予め設定されたリトライのための周期(以下、リトライ周期という)でリトライを継続するよう、カウンタ値タイムスタンプ取得部12に指示する。
【0036】
カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、当該指示を受けると、NTPアクセスのリトライを実行するようNTPパケット処理部13に指示する。NTPパケット処理部13は、上述同様、NTPパケットを送信し、当該NTPパケットの返信をNTPサーバから受信すると、その旨をカウンタ値タイムスタンプ取得部12に通知する。これを受けたカウンタ値タイムスタンプ取得部12は、上述のように時刻を算出し、当該NTPパケットの基地局受信時刻(クロックカウンタ値)を得て、クロック調整量算出部14に通知する。また、NTPパケット送受信処理部13は、NTPパケットから取得したサーバ送信時刻を、クロック調整量算出部14に通知する。NTPパケット送受信処理部13は、以上の処理を所定のNTPアクセス回数(ここでは、100アクセス)にわたって行う。
【0037】
クロック調整量算出部14は、このようにして得られたサンプル(サンプル数:100)を用いて上述同様に遅延測定を行う。すなわち、最も信頼度の高いサンプルを抽出し、その遅延を2倍にしたアクセス結果を今回のNTPアクセス周期の遅延測定結果とする。
【0038】
そして、クロック調整量算出部14は、前回の補正周期時に測定した遅延測定結果(補正周期前の最後の遅延測定結果)と、今回の遅延測定結果とを比較する。クロック調整量算出部14は、「遅延測定結果の差分が、所定の回数にわたり連続して、所定の閾値以上となった」場合には、ルーティング経路の変化などによる定常的な遅延変動が発生したと判断する。この場合、クロック調整量算出部14は、上述同様、補正周期のずれを補正する処理を行い、また、その時点を新たに補正周期の起点とする。具体的には、たとえば、カウンタ値タイムスタンプ取得部12が保持する、補正周期の検出に用いるカウンタの値をクリアする。その後、無線基地局装置の各部は、通常通りクロック監視動作を継続する。
【0039】
一方、クロック調整量算出部14は、「遅延測定結果の差分が、所定の回数にわたり連続して、所定の閾値以上となった」と判断できない場合には、リトライを継続するようカウンタ値タイムスタンプ取得部12に指示する。カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、これを受けると、上述同様に、NTPアクセスのリトライを実行するようNTPパケット処理部13に指示する。以後の処理は上記同様である。
【0040】
図6は、本実施の形態におけるリトライ周期と補正周期との関係の一例を示す図である。図6では、リトライを行って有効なサンプルが得られたことで、補正周期の起点が変更された場合を示している。
【0041】
また、カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、源振カウンタ部11からのカウンタ値に基づいて時刻を算出し、リトライ周期のタイマ管理を行う。カウンタ値タイムスタンプ取得部12は、リトライ周期が満了したと認識すると、その旨をクロック調整量算出部14に通知する。リトライ周期が満了するまでの間に有効サンプルが取得できなかった場合には、クロック調整量算出部14は、たとえば、RF部4に対し、無線送信を停止させる制御を行う。リトライ周期は、たとえば1時間程度とし、チューニングパラメータでの変更を可能とする。
【0042】
以上説明したように、本実施の形態では、内部クロックの補正を行う周期である補正周期、よりも短い周期であるNTPアクセス周期にて、NTPサーバとの伝送路の遅延を監視し、その結果を用いて補正周期のずれを補正する構成とした。これにより、通信区間の遅延変動(増加または減少)が発生した場合にも、当該変動を検出して補正周期の起動タイミングを補正し、補正周期を一定に保つことが可能となる。これにより、取得すべき補正用データの選択基準を動的に変更できる。
【0043】
また、本実施の形態では、遅延に対応した補正周期の補正を行うことを前提とするため、ネットワーク遅延やルーティング経路の変化にも対応できる。
【0044】
また、定常的な遅延変動であることが補正周期までに判断できない場合には、さらにNTPアクセス頻度を上げて遅延測定(リトライ)を行い、ネットワーク遅延の状況を把握することで、上記同様に、遅延変動に応じて補正周期のずれを補正可能となる。したがって、ネットワーク遅延状況やルーティング経路の変化の発生タイミングに関わらず、補正周期のずれを補正可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
以上のように、本発明にかかるクロック補正周期補正方法は、内部クロックの補正を行う基地局に有用であり、特に、NTPサーバを用いて補正を行う基地局に適している。
【符号の説明】
【0046】
1 IP I/F部
2 クロック補正部
3 基準クロック源
4 RF部
11 源振カウンタ部
12 カウンタ値タイムスタンプ取得部
13 NTPパケット処理部
14 クロック調整量算出部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
周期的にNTPサーバへアクセスすることで自装置の内部クロックを補正する無線基地局装置におけるクロック補正周期補正方法であって、
第1の回数にわたって、前記NTPサーバに対してNTPパケットを送信し当該NTPパケットの送信に対する応答を受信するNTPアクセスを実行するNTPアクセスステップと、
前記NTPアクセスステップの実行結果のなかから最も信頼度が高いアクセス結果を抽出し、その抽出結果をNTPサーバへの伝送路遅延として決定するNTPサーバ遅延決定ステップと、
を含み、
内部クロックの補正周期よりも短い周期であるNTPアクセス周期にて、前記NTPアクセスステップおよび前記NTPサーバ遅延決定ステップを繰り返し実行することとし、
さらに、
前記NTPサーバ遅延決定ステップで決定された伝送路遅延と、前回の補正周期時の伝送路遅延との差分が、連続する第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合に、前記補正周期のずれを補正する補正周期調整ステップ、
を含むことを特徴とするクロック補正周期補正方法。
【請求項2】
前記補正周期調整ステップにて、前記差分が所定の閾値以上となったが、その回数が連続する前記第2の回数に達しないと判定したことにより、前記補正周期のずれを補正しなかった場合に、所定のリトライ周期にわたって、前記NTPアクセスステップ、前記NTPサーバ遅延決定ステップおよび前記補正周期調整ステップを実行するリトライステップと、
前記リトライステップの実行により、前記NTPサーバ遅延決定ステップで決定された伝送路遅延と、前回の補正周期時の伝送路遅延との差分が、連続する第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合に、その時点を前記補正周期の起点として設定する補正周期起点設定ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のクロック補正周期補正方法。
【請求項3】
周期的にNTPサーバへアクセスすることで自装置の内部クロックを補正する無線基地局装置であって、
内部クロックの補正周期を管理し、当該補正周期よりも短いNTPアクセス周期にて、前記NTPサーバに対してNTPパケットを送信し当該NTPパケットの送信に対する応答を受信するNTPアクセス、を実行させるカウンタ値タイムスタンプ取得手段と、
第1の回数にわたって前記NTPアクセスを実行するNTPパケット処理手段と、
前記NTPアクセスの実行結果のなかから最も信頼度が高いアクセス結果を抽出し、その抽出結果をNTPサーバへの伝送路遅延として決定し、また、決定した伝送路遅延と、前回の補正周期時の伝送路遅延との差分が、連続する第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合に、前記補正周期のずれを補正するクロック調整量算出手段と、
を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項4】
前記クロック調整量算出手段は、さらに、
前記差分が所定の閾値以上となったが、その回数が連続する前記第2の回数に達しないと判定したことにより、前記補正周期を補正しない場合には、前記カウンタ値タイムスタンプ取得手段に対して、所定のリトライ周期にわたってNTPアクセスのリトライを実行するよう指示し、
さらに、リトライにより前記差分が連続する前記第2の回数にわたって所定の閾値以上になったと判定した場合には、前記補正周期のずれを補正し、また、その時点を前記補正周期の起点として設定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線基地局装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−30080(P2011−30080A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−175465(P2009−175465)
【出願日】平成21年7月28日(2009.7.28)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】