要約：SONET/SDHまたは同期イーサネットポートを備える通信機器には、非常に高い信頼性と耐障害性が要求されます。これらのシステムに対する要件の1つが、マスタ/スレーブ構成のデュアル、冗長タイミングカードです。Maxim Integrated ProductsのタイミングICは、重要なクロック同期処理を担当するだけでなく、Stratum 3、G.813、およびその他の通信規格への適合に必要となるタイミングカードの冗長構成も可能にします。このアプリケーションノートは、マキシムのタイミングICを使用して、通信機器にデュアル、冗長構成タイミング機能を実装する方法について説明します。 はじめに このアプリケーションノートは、マキシムのタイミングICを使用して、通信機器にデュアル、冗長構成タイミング機能を実装する方法について説明します。耐障害性のための冗長なタイミング機能を備えたシステムを設計することは、単に設計上の良い慣行というだけではありません。Stratum 4E以上のクロック品質を備えるシステムの場合は、明確な要件として規定されています。詳細については、TelcordiaのドキュメントGR-1244-COREをご覧ください。 この文書では、｢タイミングカード｣という用語で、マキシムのタイミングICのDS3100、DS3101、またはDS3102とそのローカルTCXOまたはOCXOなどの、1つの完全な、独立したシステムタイミング機能を含んだプリント基板(PCB)を指します。ほとんどのタイミングカードは、マルチカード、バックプレーン接続型システムにおいて、2つの同一のユニットがマスタ/スレーブ構成で動作することができるように設計されています。現在一般的となっている集積レベルでは、これらのカードは一般にシステムタイミングだけでなくずっと多くの作業を行います。多くのカードが、システム管理プロセッサ、パケットスイッチ、TDMスイッチなど、同じように1対1の機器保護を内蔵して実装する必要のある他のいくつかの機能もボード上に搭載しています。これらのカードはこうした多機能性を備えていますが、この文書では伝統的な｢タイミングカード｣という用語を使用します。 ハードウェア構成 冗長構成のタイミングカード間の接続 タイミングカードとシステムバックプレーンの配線には、タイミングカードAからタイミングカードBへの専用のクロック信号と、タイミングカードBからタイミングカードAへの同様のクロック信号が含まれます。図1を参照してください。 タイミングカード間でクロス配線されるクロック信号の周波数は、システムの要件に依存します。システムによっては、すべてのラインカードが8kHzのフレームアラインメントおよび/または2kHzのマルチフレームアラインメントを共有することが要求されます。これらのシステムでは、クロス配線されるクロック信号の周波数を、位相アラインメントが要求される最も低い周波数、すなわちマルチフレームアラインメントが必要な場合は2kHz、それ以外は8kHzにする必要があります。フレームおよびマルチフレームアラインメントを必要としないSDH/SONETシステムの場合、クロス配線されるクロック信号の周波数は6.48MHzまたは19.44MHzが標準的です。同期イーサネットポートのみを備えSDH/SONETのないシステムでは、多くの場合25MHzの周波数が使用されます。 タイミングカードからラインカードへの接続 冗長構成のタイミングカード間でクロス配線されるクロック信号の他に、1つ以上のシステムクロック信号がそれぞれのタイミングカードからバックプレーンを通してすべてのラインカードにルーティングされます。各ラインカードは、両方のシステムクロック信号を監視して、マスタのクロック信号が停止した場合にマスタのクロック信号からスレーブのクロック信号に自動的に切り替えることができるラインカードタイミングIC (DS3104、DS3105、またはDS3106など)を備えています。(図1を参照してください。) タイミングカードからラインカードへのクロック信号のルーティングには、2種類の方式が広く使用されています。第1の方式は、個々のタイミングカードから個々のラインカードスロットへのポイントツーポイントの配線を使用するものです。この方式はシステムバックプレーン上に必要となるトレースの数が増加しますが、最も耐障害性が高くなります。第2の方式は、個々のタイミングカードからラインカードスロットへのポイントツーマルチポイントの配線です。これには、多くの場合M-LVDSと呼ばれる低電圧差動信号方式のマルチポイント版が使用されます。ATCAまたはmicro-TCA規格に準拠して構築されるシステムではM-LVDSを使用してこの第2の方式を実装しており、バックプレーン上に必要となるトレースの数が少なくなっています。 図1. マスタ/スレーブ切替え前のタイミングの経路 デバイスの初期設定 システム起動時に、一方のタイミングカードが任意に選択されてマスタとなり、もう一方はスレーブに指定されます。 マスタのタイミングカードICは、システムタイミング機能となるように設定されます。入力クロックの選択を行うための特定の入力クロック優先順位リスト、アプリケーションにとって適切な帯域幅、ヒットレスなリファレンス切替えを提供するためのphase-build-out-on-change-of-referenceのイネーブル(PBOEN=1)、および該当する通信方式の同期に関する要件に準拠するために必要となるその他の設定を行います。 スレーブのタイミングカードICは、単にマスタに追従するように設定されます。スレーブでイネーブルされる唯一の入力クロック端子は、マスタに接続される入力です。スレーブの帯域幅は、最低でもマスタの帯域幅の10倍以上に設定して、マスタのクロック信号に位相の変動があった場合スレーブが迅速に追随することができるようにします。さらに、位相差ゼロでスレーブがマスタに追従することを保証するために、スレーブではphase-build-out-on-change-of-referenceをディセーブルします(PBOEN=0)。これらの設定によって、マスタからのクロック信号とスレーブのタイミングカードが周波数ロックされ、ラインカード上で同位相になることが保証されます。これによってラインカードタイミングICは、ラインカードポートで位相変化を発生させることなく、マスタのクロック信号からスレーブのクロック信号への切替えを迅速に行うことができるようになります。 マスタ/スレーブの切替え手順 マスタ/スレーブの切替えには、2つの原因が存在します。第1の原因はマスタタイミングカードに障害が発生して、出力クロックの周波数ずれが許容範囲を超えたり、まったくトグルしなくなった場合です。第2の原因は、マスタタイミングカードとスレーブタイミングカードの役割を入れ替えるコマンドを管理者が発行した場合です。 マスタタイミングカードに障害が発生した場合、スレーブのタイミングカードICが障害を検出して、自動的にロックからホールドオーバに状態を変更します。この変更によって、それまで追随していたマスタのクロック信号から出力クロックが即座に切り離されます。マスタの障害によって出力クロックのトグル動作が停止した場合は、すべてのラインカードタイミングICが障害を検出して自動的にスレーブタイミングカードからのシステムクロック信号に切り替えます。一方、マスタの障害によってクロックの周波数にずれが生じた場合、スレーブのタイミングICはこれを検出することができます。しかし、ラインカードタイミングICは周波数測定機能を備えていない可能性があります。この状況では、システムソフトウェアがスレーブのタイミングICからの割込みに反応して、手動ですべてのラインカードタイミングICにスレーブタイミングカードからのシステムクロック信号への切替えを強制的に行わせることができます。 マスタタイミングカードとスレーブタイミングカードの役割を入れ替えるコマンドを管理者が発行した場合は、マスタのクロックは依然として適正であり、スレーブタイミングカードが自動的にホールドオーバに移行する理由はありません。そのため、システムソフトウェアがMCR1.T0STATE=2に設定することによって、スレーブのタイミングカードICを手動でホールドオーバに移行させる必要があります。 以上のすべての場合において、最終的な結果としてホールドオーバ状態になったスレーブのタイミングカードICがシステム全体にタイミングを供給することになります。スレーブのローカル発振器は安定しているため、以下の手順によるタイミングICの再設定に必要な短い時間であれば、システムは容易にこの状態で動作することができます。 まだの場合、スレーブのタイミングICを強制的にホールドオーバにしてください(MCR1.T0STATE=2)。 まだの場合、すべてのラインカードタイミングICをマスタではなくスレーブのクロックに強制的にロックさせてください(MCR4.T0FORCEフィールドまたはSRCSW端子を使用します)。 マスタのタイミングICのすべてのクロック出力をディセーブルして、強制的にホールドオーバにしてください(OCR1=0、OCR2=0、OCR3=0、OCR4=0、MCR1.T0STATE=2)。 入力クロックの優先順位、帯域幅、およびヒットレス切替えのためのPBOEN=1を含めて、スレーブのタイミングICの設定をそれまでのマスタのものと正確に同じ設定にしてください。 スレーブのタイミングICを強制ホールドオーバではなく自動状態遷移(MCR1.T0STATE=0)に設定してください。これでスレーブが正式に新しいマスタになります。図2を参照してください。 通常はラインカードタイミングICがマスタとスレーブのシステムクロック間の自動切替えを行う場合は、各デバイスでT0FORCE=0の設定を行うことによって自動切替えをイネーブルしてください。 管理コマンドによってマスタ/スレーブの切替えが行われた場合は、前述の｢デバイスの初期設定｣の説明に従って、この段階で以前のマスタを新しいスレーブとして設定してください。マスタ/スレーブの切替えがマスタの障害によって行われた場合は、以前のマスタをホールドオーバのままにして、交換可能になるまでクロック出力をディセーブルしておきます。 図2. マスタ/スレーブ切替え後のタイミングの経路 タイミングカードとラインカードにマキシムのタイミングICが実装されている場合、このセクションで説明したプロセス全体を数ミリ秒で完了することができます。システムの出力ポートにおけるワーストケースの位相変化は、一般的に1ns未満です。 結論 このアプリケーションノートでは、通信システムにおける堅牢なマスタ/スレーブ構成のタイミングカード冗長構成の実装に必要となるハードウェア設計とソフトウェア手続きについて説明しました。マキシムのタイミングICが持つクロック監視機能とヒットレス切替え機能を使用することによって、無視可能な出力ポートの位相変化でこの切替えを実行するシステム設計を容易に実現することができます。 このアプリケーションノートまたはマキシムのタイミングおよびクロック同期ICについて質問がある場合は、テクニカルサポートまでお問い合わせください。 関連製品   APP 4391: Apr 03, 2009 DS3100 Stratum 2/3E/3タイミングカードIC フルデータシート (PDF, 1.0MB, English only) 無料 サンプル DS3101 Stratum 2/3E/3タイミングカードIC フルデータシート (PDF, 672kB) 無料 サンプル DS3102 同期イーサネット対応、Stratum 2/3E/3タイミングカードIC フルデータシート (PDF, 688kB) 無料 サンプル DS3104 同期イーサネット対応、ラインカードタイミングIC フルデータシート (PDF, 696kB) 無料 サンプル DS3105 ラインカードタイミングIC フルデータシート (PDF, 596kB) 無料 サンプル DS3106 ラインカードタイミングIC フルデータシート (PDF, 492kB) 無料 サンプル 自動アップデート お客様が関心のある分野でアプリケーションノートが新規に掲載された際に自動通知Eメールの受信を希望する場合は、EE-Mail™にご登録ください。 We Want Your Feedback! フィードバックをお寄せください。 内容に満足されましたか、あるいは満足されていませんか？もっと良いページにできると思いますか？あるいは、単なるコメントでも結構です。フィードバックをお待ちしています。—マキシムはお客様からいただく訂正、提案を元に改善していきます。 このページを評価し、フィードバックを送信する。   ダウンロード、PDFフォーマット(60kB)  AN4391, AN 4391, APP4391, Appnote4391, Appnote 4391