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111号 平成 16年 5月 13 日　 日本航海学会第 110回講演会 に て 講演 149

GPSとNTPを用 い た船内コ ン ピュー タの 時刻整合法

冨永　敏明＊ ・添 田　忍

＊＊ ・鈴木 　治＊＊＊ ・安 田　明生

＊

Time 　Adjustment 　Method 　for　Onboard　Computer　with

　　　　　　　　　　　　　　　GPS 　and 　NTP

Toshiaki　TOMINAGA，　Shinobu　SOEDA

，　 Osamu 　 SUZUKI 　 and 　Akio 　YASUDA

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Abstract

　It　is　important　to　synchronize 　the　real　time　clock 　with 　standard 　time　in　computer 　network ．　The　clock 　of 　the

computer 　on 　land　can 　be　adjusted 　through 　the　lnternet　to　the　time　server 　for　reliable 　network ．

　Shipboard　LAN 　er 　lnternet　via 　IMMARSAT 　is　set　up 　quickly　onboard ．　But，　somc 　troublcs　are 　found　in　the　file

maintenance 　 and 　 e −mail 　 exchange 　 onboard ，　because 　the　 clock 　 can 　 not 　be　 adjustcd 　tQ　the　standard 　time．　 It　is

impessible　to　connect 　the　clock 　of 　the　shipboard 　computer 　to　Internet　from　the　ship 　on 　the　ocean ．

　Thus，　the　authors 　propose　the　time　aσjustment　method 　is　for　onboard 　computer 　with 　NTP （Network　time

protocol）and 　GPS　receiver ．　We 　improve　the　’daytime’

　pretocol　to　be　reinfoTced 　with 　the　basis　local　time　and

d｛fference　from　UTC ．　Then　wc 　acquired 　thc　data　by　our 　system 　on 正and 　and 　ocean ．　The　results　are　as　fbllows．

1）Time　synchronous 　GPS　receiver 　is　best　time　source 　among 　GPS，　public　NTP 　through 　PHS，　and 　Radio　clock

　 with 　low　frequency．　The　accuracy 　for　setting 　NTP 　sever 　is　10ms　and 　it　is　50　ms 　fbr　ocean 　going　vessel ．

2）NTP 　server 　supported 　by　GPS 　serves 　to　offer　the　time　standard 　instead　of 　the　UTC 　time　signal 　by　short 　wave

　 broadcasting．

3）OS 　of 　MS 　Windows 　XP 　can 　set　local　time　infomlation（LTI）with 　the　aid　of　the　enhanced 　daytime　pretocol

　 via　shipboard 　LAN ．

4）Radio　clock 　by　low　frequency（J∫Y −40　kHz）is　good　time　source 　and 　the　synchronous 　precision　for　NTP

　 scver 　is　14ms．　But　it　is　not 　useful 　for　ocean 　going　ships ，　as　the　service 　area 　is　limited　to　around 　Japanese

　 archipelago ．

5）The 　proposed　time　adjustment 　method 　with 　the　precision　of 　50　ms 　is　useful 　fbr　time　adjustment 　onboard ．

Keywords ：　GPS，　Sゆ board・L・4AC

，ノ〉伽 or たnme 　Protocol

，　Day 伽 e・Pr（洳 col

，ルfarine・Clock

串一ワード ： OPS、 鉛内 甜 κ、 ネ ッ トワー

クタイ ム プ ロ トコ ル ，デイタイ ム プ ロ トコ ノ〃，船内時計

1．　 は じめ に

　船上 で の 時刻管理 は 、主と し て 船内時計の 世界時

に対 す る 同期維 持 と、地 方時設 定 と に よ っ て な さ れ

て きた が、近年 の 急 速 なネ ッ トワー

ク化 に よ り、船

内の Personal　Computer（以下 PC ）に つ い て も同様 な時

刻管理が必要 と な っ て い る 。筆者 ら は 、船上 に お け

る PC 時刻管理の 問題点 と し て 、基準時刻 とな る時

計 か ら PC へ の 時刻供給 が で きな い こ と、イ ン ター

ネ ッ ト接続 によ る 時刻整 合が で きな い こ と、そ して

PC 自体 に船内時 を設定す る 機能が な い こ と に 注 回

＊

　 正 会員　東京海洋大学海洋工 学部　（〒 135−8533 　東京都江東区 越中島 2・1・6）tt 　正 会員　航海訓練所　（〒 231 ・8435　神奈 川県横浜市中区 北仲通 5・57）ktt 正 会員　鳥羽 商船高等専門学校　（〒 517・8501　三 重県 鳥羽 市池上 町 1・1）

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150 日本航海学会論文集 16年 9 月

し、GPS と NTP 〔1〕（Network　time　protocol）を用い た時

刻整 合法 を提案 し、陸上 及 び船上 で時刻同期精度計

測及び作製 したプ ロ グ ラ ム の検証実験 を行 っ た。

　な お、本論文で は時刻差が生 じな い よ う調整 する

作業 を 「同期 」、時刻差を修正 する 作業を 「整合」 と

定義する 。

1．1 船舶で の 時刻管理手法

　現 在 、船舶で は船舶用 水晶時計（Fig．1）を船内 の 基

準時計と し て採用する こ とが多 い 。 船上 で の 時刻管

理業務には、舟亢海士が海域毎 に受信可能な各国 の 報

時放送（2）を受信 して 船舶用水 晶時 計の 親 時計を協定

世界時 （以下 UTC ）に同期させ る作業 と、モ ニ ター子

時 計の 時 刻設 定を行 う地方時管 理作 業が ある。

　地方時（Local　 Time ）に は入港国 の 地方標準 時 だ け

で な く 、航海中の 正 午位置 に よ っ て 算出され る 船内

時 〔3）が あ り、必 要 に応 じて UTC との 時差を変更する

時刻改正 が 実施さ れ る。時 刻改 正 時 に は、船舶用水

晶 時計 の 操作に よ り、親時計か ら同期信号が発せ ら

れ 、地方時表示用に船内各所に設 置 された子 時計と

データ ロ ガーの 時刻 を

一斉に更新で き る  。 乗組員

の個人用時計な どは最寄 りの 子時計 を見て各 自が船

内時へ 整合 さ せ て い る e

Fig，1　Marine 　master 　clock

1．2 船舶へ の 裸準時供給の 問題点

　日本標準時（以下 JST ）は 、情報通信研 究機構か ら

JJY と い う コール サイン を持つ 標準電波によ っ て 供

給 され て きたが 、2001年 3 月末以降、短波 に よ る報

時放送を取 り止め 、 長波で の 時 刻 コ ー ド放送の み を

行 うよ うにな っ た。

　時刻 コー

ド放 送は電波時計な ど多様な機器で 自動

的な時刻同期が 可能で あ る が 、従 来 の短波 報時放送

と違い 、受信電波を耳で 聞くだ けで は時刻が分か ら

な い こ と、また、利用 可能範囲 が 福島お よ び福岡県

の 2 箇所の 送信所か ら半径 1200km の 日本周辺 に限

定 された こ とか ら、洋上 を航行中 の 船舶で の 利用 が

困難 な状況 とな っ た。

1．3　 PC時刻管理の問題点

　船 上 で の PC 時刻設定は船舶用 水晶時計の 子 時計

を見て 手動で 行 っ て い る が 、MS 　Windows 系 の OS

で は、船内時の よ うな任意の 時刻帯を設定で きない 。

　使用 者 も PC 内部時計 の 整合 に つ い て それ ほ ど注

意 を払 っ て お らず、船内 LAN 上 の 共有 フ ァ イル や

電子 メー

ル で の トラブ ル が生 じ て い る （S）。

　また、Windows　XP の 規定値 で は PC 起動 時、自動

的 に イ ン ター

ネ ッ ト上 の 時 刻サー

バ へ 接 続 し 、PC

内部時計 を整合さ せ るよ うにな っ て い るが 、船上 で

の イ ン ター

ネ ッ ト接続 は困難6〕で あ る，

1．4　本研究の 目的

　情報通信研究機構が行 っ た原子時計を時刻源 とす

る NTP 実験＊

で Nrp ク ラ イ ア ン トは 、　 LAN 上 で

UNIX 系 OS に対 して 0．95ms、　 Windows 系 OS に つ

い て は約 50ms の 標準偏差で時刻同期させ る こ とが

で き る と報告され て い る の。

　本研究は、PC を短波報時放送に 替わる 船上 で の 標

準時供給源 として 位 置づ け、船内 LAN にお い て NTP

を用い て 陸上 と同等の 性能で 時刻同期さ せ る 手法に

つ い て 検討 した。

　 さらに、船上 で の PC 使用 の利便性 を高め、ネ ッ

トワーク内の トラブル防止 を図る た め、船内時へ の

対応 も含めた PC 時刻自動整合手法の確立を 目指 し

た。

2．　 閥TP と航法用 GPSによ る時刻供給　NTP は、　 UNIX 系 OS 上 で 、ネ ッ トワ

ーク内にあ

る コ ン ピ ュー

タ間の 時刻同期を 目的 として 開発され

た フ リーソ フ トウエ ア で 、サ ーバ プ ロ グラ ム で ある

ntpd や 、サ ーバ の 同期状態を示す ntpq 、クライ ア ン

ト と して 時刻を 整 合する ntpdate な ど が 公 開 さ れ て

い る。

　 こ れ らを NTP サーバ と して使用す る場合 には、原

子 時計 な どを時刻 源 として 設 定 で き、時刻源 か ら得

た UTC に同期 して 自ら の ネ ッ トワー

クへ 時刻を供

給する仕組み を有 して い る 。 時刻の 分解能は実装上

ユO’12

秒で ある 。

　一

方、こ れ らを NTP ク ライア ン トとして 使 用す る

場合には、NTP サー

バ と の 接続時 間差を もとにネ ッ

トワ ーク伝送経路 による遅延量 を計算し、UTC 情報

を調 整した うえで コ ン ピュー

タ内部時計 を同期 させ

＊

Experimental　NTP 　Server，ht亡p：〃www 、jst．mfeed ．ad ．jp

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111号 GPS と NTP を用 い た船内 コ ン ピ ュー

タ の 時刻整合法 151

る機能がある 。

　さ らに伝送経路 による遅延 量が過大 な Nrp サー

バ と の 同期を防 ぐ仕組みや、複数の NTP サ ーバ の 中

か ら最も正確 なもの を選択する機能 をも持 つ 。

2．1 航法用 GPSか らの UTC供給

　GPS 受信機は、測位の み ならず、正確な UTC を

算出する こ とがで きる。航法用 GPS 受信機は、自船

位 置や針路、速力な どの航法情報 を表示 する だけ で

な く、得 られ たデー

タを他の 航海計器に供給す る た

め RC −232C やカ レン トループ方式の 出力ポー トが

用 意されて い る。一般的に船舶では電圧 の 変化で情

報 を伝 送する RS −232C ポートよ りも、電流の 変化 で

デジタル情報を伝送す るカ レ ン トループポー

トが ノ

イズ に 強い た め多 く用 い ら れ て い て 、データ の 出力

形式は NMEA 形式（National　Marine　 Electronics

Association　0813　Standard）に統一されて い る。

　 UT ご 日付時刻情報は NMEA 形式の データ の うち

＄GPRMC セ ン テ ン ス の データ と して 、1 秒 ごとに出

力 されて い る の で、こ れ を船上 で の 時刻源と し て利

用す る こ とが で き る。

2．2PC 遅延量と NTPを用 いた時刻整合

　Fig．2 は陸上 の イ ン ター

ネ ッ ト接続環 境 にお い て 、

日本標準時を供給する 情報通信研究機構が運営する

NTP サーバ （

− ee向けには MFEED が供給）を時刻源

と して NTP 　Ver．4．2．0 の ntpdate コ マ ン ドを用 い て 1

日 1 回、PC を整合 した場合の 修正 量 を示す 。　 PC 毎

に一定 の 修正 量が あ り、PCA で は 1 日 に 8 秒、　PCB

と PCD は 3 秒、最 も少な い PCC で も 0．5 秒の修正

が必要で 、PC 内部時計 の 遅延量の 大 きさ と 、　 NTP

による時刻整 合 の 必要 性が分か る。

　Fig．3 は神戸港に停泊中 の 航海訓練所練習船 「北斗

丸」 にお い て PC 内部時計 を基 準と し て 、電波時計

か ら供給 され た時 刻 と 、PHS 回線 を使 っ たイ ン ター

ネ ッ トへ の 常時接続に よ っ て公共 NTP サーバ か ら

得た標準時刻 との 時刻差 を表 した 図 で ある。いずれ

の 時刻差 も 12時間後には約 1秒 に達 して お り、長時

間 PC 内部時計 の 整合 をせず に放置 した場合一淀 の

遅延量 を生 じて い く様子 を表 して い る 。

1

（ω）Oα

⊂

o

一耄翻ち 毎

塞　　98、。。 　 04 、00 　 14、。O　Tim。

　 　　 　Fig．3　Time　offset　ofNTP 　Servers

5　　　　　　　　　　

0

（ω

）

Φ

⊆』一℃Φ

一

〇

Φ」」

OO

■，．．”Pt ’”−A −

PC 　A（celeron700MHz ）

PC 暾Pen

灘 鰯 。

趣

PC 　C （Pentium　60MHz ）

　　　　　　　 PC 　D（Pentium 　130MHz ）

eWwwr w

　 　 　 0　 　 　 　 　 　 　 　 50 　 　 　 　 　 　 　 100

　　　　　　　 Elapsed　daysFig．2　Daily　time　correction 　by　NTP 　for　various 　PCs

GPS　Receiver

Output　UTC

by　NMEA

NTP 　Server（Stratum1）串Synchmnize し。　UTC

Request　 t。 　NTP

S巳 rver 　about 　UTC

Answ 已 r　 しo　 LAN

Scrver　aboutUTC

Shipboard　LAN 　Sever

串Secondary　NTP 　Sever （Stratum2）

＊工丁ISever

Broadcas［ about

UTC ＆ LTI

PC （UNIX ）

寧NTPClion 亡

Adjus匸reamme 　cl。ck

PC （MS 　Windows ）

申口 lCliont

Adjus亡real 巳imeclock

Fig．4　Diagram 　 of 　NTP 　and 　L 「I　server 　system 　fbr

　　 Shipboard　LA 工9

2．3 船内時 に対応する地方時情報の供給

　船上 では NTP を用 い た UTC 同期に加 え、各 PC

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152 日本航海学会論文集 16年 9 月

の 使用 時刻 帯を船内時に 設 定す る 操作が 必 要 と な る 。

　こ の 操作 を自動的に行 うため、Daytime プ ロ トコ

ル   を拡張 し、使用 地方時情報と UTC と の 時差情報

を地方時情報（LOca1　Time 　lnformation以下 Lrl）と して 、

LTIサーバ か ら供給する こ と と した。

2．4GPS と NTPを用 いた時刻整合法

　Fig．4 は GPS と NTP を 用 い た 時刻整合法の シ ス テ

ム 構 成図で あ る 。NTP サー

バは GPS 受信機 を時刻 源

と し て UTC と の 同期を行 い、船内 LAN サー

バ へ

UTC を供給する。　 NTP サーバ に時刻同期 した船内

LAN サー

バ は UTC と LTI をネ ッ トワー

クに配信す

る。各 pC で は UNIX 系 OS に つ い て は NTp ク ライ

ア ン トが、Ms 　windows 系 os に つ い ては LTI ク ライ

ア ン トプ ロ グラ ム が 内部時計を船内時 へ 整合 させ る

こ とにな る。

3．陸上実験

　通 常、NTP サーバ に は 時刻同期用 GPS 受信機が使

用 され て い るが 、Fig．4 の仕組み の 汎用性 を高め る に

は 、船舶で 利用 し て い る 航 法用 GPS 受信機 を時刻源

と しな けれ ばな らな い 。そ こ で航法用 GPS 受信機が

正確 に標準 時 を供給 で き るか を確認するた め、鳥羽

商船高専 におい て手持ちの GPS 受信機を利用 して

標準時と の 比較 を行 っ た。

　比較対象 と して 、JST を提供 し精度が評価され て

い る MFEED と の 接続に よ っ て JST に 時刻同期 した

NTP ク ラ イ ア ン トを用 い た。また 、　 GPS 受信機の ア

ン テナは 4 階屋上 に設置 し、カ レ ン トループ方式 の

出 力 に つ い て は コ ン バ ー タ（ライ ン ア イ社 製 ；

SI−10FA）を付加 し て RS−232C 形 式に変換 し て 計 測 を

行 っ た。

3．1　 出力形式と遅延量

　 Table　1 は、航法 用 GPS によ る NTP サー

バ と、JST

と 同期 し た NTP サー

バ との 遅延 を示 した も の で あ

る 。

Table　l　Constant　dclay　of 　GPS 　output 　type

Modc1 （Type　of　Transfer） Constant　Delay

FURUNO 　GP −80（Curlent　LoQp） 380ms

FURUNO 　GP −36（RS −232C） 737ms

FURUNO 　GP −36（Current　Loop） 951ms

JRC 　　　JLR −5500（RS −232C） 3043ms

　 プ レ ジ ャーボ ート用 DGPS 受信機 GP −36 の RS −23

2C 方 式 とカ レン トループ方式で は 、 後者 の 方が

200ms ほ ど遅 く、大型船用 の GP −80 で はカレ ン トル

一プに もか か わ らず、遅 延 は 380ms で あっ た 。

　今回、同一機 種 を複数個持ち合わせ て い な か っ た

た め、こ れ ら遅延 量が 、機 器特有の 値で ある の か 、

個体によ る 差 な の か は判断 で きな い が 、事前に遅延

量 を計測 しオフ セ ッ トを設定す る こ と で 、航法用

GPS 受信機で も NTP サー

バ が構築で き る 。

　 また、航法用 GPS か ら各種計器 に UTC を含む航

法情報が供給さ れ て い る が、遅延 量が含 まれ て い る

こ とを認 識 した上 で 運用 しな けれ ばな らな い こ とが

分か っ た。

　 なお、時刻同期用 GPS で はオ フ セ ッ トが予 め決定

され て い る の で設定は不 要で あ る。

3．2 時刻源ごとの連続時刻同期

　Fig．5 は、GP −36 と 40kHz の 長波報時放 送を受信 し

て 毎 分同期 を試 み る 電波時計（Tristate製）を時 刻源 と

す る NTP サーバ 及 び 2 つ の 公共 NTP サ

ーバ と

MFEED に同期 させ た NTP サー

バ の との 時刻 の ずれ

（Timc　offset ）を ntpdate コ マ ン ドに よ っ て 5 分 ご と に

計 測 し た も の で ある 。

　 0．05

＠6磬　 08

．箜卜二 〇．05　 0，05（

　

　

　

0

ω

このの

もΦ

葦ヒ 0．G5　 　　 16二〇〇　　　　　　　　〇4：00　　　　　　　　t6：00　 　　　 　　 　　 　　 　 Hour

　　 Fig．5　Time 　offset　of 　vaTious 　NTP 　Servers

　GPS に よ る 時刻 は安定 した 時刻差で あ る の に対 し

て 、公共 NTP に は ば らつ き が見 ら れ る 。 なお 、電波

時計 の 受 信には屋外に設置 した プリア ンブ内蔵の 長

波専用ア ン テ ナ （RF 　Systems 社製 LF −150）を利用 し

た が、外来雑音の ため受信不 能に な り、時 々 同期が

外れ る こ とが分か っ た 。

　Table　2 は同様 の 方法で 各種 GPS 受信機及 び電波

時計を時刻源 とする そ れぞれ NTP サーバそれ ぞれ

の Time　offset を 24 時間計測 した時の標準偏差 を示

した もの で あ る 。

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111号 GPS と NTP を用い た船内 コ ン ピ ュータ の 時刻整合法 153

　 時刻 同期用 GPS （Garmin 製 eT36tm ）で は、　Time

offset の 標準偏差は O．8ms で あ り、UTC と同期 して

出力 さ れ て い る PPS（Pulse　Per　Second）信号 の 公称精

度は ± 1μ s で あ るが ，こ の NTP の 時刻 比較精度 は

1ms で あ っ た。

Tab］e　2　Standard　deviation　 of 　Time　offset　various

　 　 　 　 Time　sources

Time　source model St．　Dev．

DGPSf 。 rO 。eanGoi 旺gshipFURUNO 　 GP −8053ms

DGPS 　for　Plcasure　BoatFURUNO 　 GP −368ms

Portable　GPS JRC 　 　 　 JL5500402ms

DGPS 　for　Time 　SyncroGarmin 　 eT36tm1ms

Radio　Clock Tristate（JJY−4DkHz） 14ms

Public　NTP 　Scverntp2jstmfeed ，ad ．jp17ms

一方 、航法用 GPS に お い て も、大型 船用及 びプレ

ジャーボー ト用で は 、標準偏差が それ ぞ れ、50ms

程度 と 8ms で あり、目標値 に達 して い る。

　携帯型 GPS で は 400ms と目標値に達 して は い な い

もの の 、自動的 に時刻整合が行え る と い う意味では、一

考の 余地はあ ると思われる。電波時計にっ い て も

標準偏差 14ms で あ り、目標値以内で あ っ た。

4．船上実験

　実船実験 に使用 した 船舶 の 要 目及び 実験海域 を

Table　3 に示す。

Table　3　Princi　 al　dimension 　of 　onboard 　ex 　 eriment

TS ．　Hokuto　MaruT ．S．　Kaiwo　Maru

陬 pe SteamTurbineVe5sel Sailing　V ¢sseI

LOA 124．80m 110．09m

Gro8s　ton 5877，19t 2556t

Exp，　Area Japan Pacific　Ocean．

OS FreeBSD 　4．3 FreeBSD　5．0

NTP NTP 惚 r，4．2．0 NTP 驚 L4 ，1，0

4．1 時刻源 ごとの NTPサーバ 時刻同期精度

　航法用 GPS の GP −36 と電波時計を時 刻源 とする

NTP サーバ それぞれ の 時刻 を比較す る実験を 「北斗

丸」 船上で行 っ た。なお、GP．36 の ア ンテナ として

GPS ア ン テナ内蔵 の 磁界型 DGPS ア ン テ ナ を羅針儀

韃 蠡：蠡 il靉慧：二，− s ・　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｝−　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1L｝．』艷LL』L』L．．丿

Fig．6Antenna　Location　on 　Hokuto 　Maru

甲板 に設置 した 。 また 、 電波時計に は北斗丸既設の

逆 L 型ア ン テ ナ（92m 長）に専用の ア ンテ ナカ ッ プラ

を介 して 受信回路 に接続する こ とと した（Fig．6，）。

O．1

　

　

　

0

（

の

こΦ

聲oΦ

∈

F一〇．1

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　む》膕。 ，圏 Public　N丁Pvia　PHS

　　塵皇）．　 o ■

■

Gps 　　　　　　　　　o

昌 セ’

oo

JJY（40kHz

2。。3〆S ・pメ8 − gD「°PPeg8

只縮

23 ：00 07 ；OO 17：00　 Hour

Fig．7　Time　offset　about 　NrP 　Server　with 　various

　 　 tlme　sources

　Fig．7 は青森錨 泊前後 にお け る時刻源 ごと の 時刻

同期精度計測結果を示す 。 錨泊後には PHS 回線が使

用で きたため 、 2つ の 公共 NTP サーバ に接続 した結

果 も併せ て示 して い る 。

　青森錨泊前、航行時の GPS と電波時計の 時刻差の

標準偏差 は 14ms と 11ms で あり、陸上実験 とは数

ms の差が生 じて い る が 、い ずれ も目標値以 内で あ り、

航法用 GPS と電波時計に よ る NTP サーバ は航行 中

の 船舶 にお い て も有効で あ る こ とが分か っ た。

　なお、錨泊後の PHS 回線接続によ る公共 NTP サ

ーバ で は時刻差の 標準偏差が 242ms 及 び 112ms と航

法用 GPS と電波時計 に比 べ 10 倍近 く大 き く、PC 時

刻同期精度 50ms の 目標値 に達 しな い こ とが確認さ

れ た 。

　また 、電波時計 で は錨泊後、同期精度 が著 しく低

下 して い るが 、こ れ は、外来 ノイズ によ っ て 受信不

能 とな り、NTP サーバ が同期 を外された こ とが原因

で あ る。

4．2NTP による時刻情報の船内利用

　航海 訓練所練習帆船 「海王丸」にお い て 、船内 LANを用 い た時刻同期実験 を行 っ た 。 今回 は 時刻同期精

度を更に向上 させ る ため、時刻同期用 GPS 受 信機

（Garmin 製 MARS15HTMt 、　 PPS 公称精度 ± 1μ s）

を利用 した NTP サーバ （Fig．4 の Stratum1 に相当）

を設 け、船内 LAN を構成する既設 フ ァ イル サーバ

と船陸問通信用サー

バ の 2 台 （Stratum2に 相当）に

NTP サーバ をイン ス トール し Stratumlと 2 によ る階

層構造を導入 して 日本 とニ ュー

ジー

ラ ン ドを往 復す

る訓練航海中、長期 にわ た っ て 時刻整合法を利用す

る実験を行 っ た。

　そ れぞれ の サー

バ 間の 時刻差は、時刻同期用 GPSを用 い た NTP サーバ で は、1ms 以下 の 時刻差 しか生

じず安定 して い たが、フ ァ イル サーバ と船陸間通信

用サーバ につ い ては 2ms の 変動が見 られ た。こ の こ

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154 日本航海学会論文集 16年 9 月

とか ら、NTP サーバ の 時刻同期精度は コ ン ピュ

ータ

や ネ ッ トワー

ク の 負荷 によ っ て 変動す るた め、船 内

LAN サーバ へ 時刻源 を直接接続せず 、専 用 NTP サ

ーバ を設 けて 階層構造を持た せ れば、精度向上が可

能で あろ う。

4．3 共有フ ァ イル による PCでの船内時の表示

　海王丸で は NTP によ り時刻整合 した PC 上 に船内

時、JST 、　 UTC 、　 UTC と の 時差 、目的地 の 地方標準

時な ど の 情報表示 と、必要に応 じて 時分を wave フ

ァ イル を用 い て ア ナ ウ ン スする プロ グラムを作製 し、

航海中、PC で 利用する他、船内テ レビア ン テナ分配

ケーブル を経由 した船内放映を行 っ た。

　Fig．8 は フ ァイル サーバ 内に共有 フ ァ イ ル と して

保存された UTC と LTI をもと に 、時刻を表示する プ

ロ グラ ム で 、PC の 時刻は変更せずに船内時を表示す

る 。 Fig、8 の 画面の 表示時刻を視覚で 、日本以外 の 国

が行 っ て い る短波報時放送を聴覚で 比較 した と こ ろ

常時 、時 刻差 を感 じる こ とが な く、GPS と NTP を利

用 した コ ン ピ ュータ の 時 刻整合法 を応 用す る仕組み

が短波報時放 送 の 代替手 段と な る こ と が確認 で きた。

Fig、8　Time 　Information　Broadcast　Program

4．　4　PPSによる同期精度の検証

　太平 洋上 を航 行中の海王丸 にお い て、時刻 同期用

GPS 受信機の ppS 信号出力を FreeBSD の PPS 同期

機能 を使 っ て 、NTP 同期精度の検証 実験を行 っ た。

　 こ こ で は通常 の NMEA 出 力に同期さ せ た NTP サ

ーバ と、NMEA 出 力 と PPS 信号 出力 と の 両者 に同期

させ た NTP サーバ と の 時刻差を測定 した 。 ただ し、

UTC との同期状況 は計測の対象と して いない 。

　 NMEA 出力の み の 場合 10ms 程度の 時 刻差 を生 じ

た が 、 PPS 信号 を利用 した NTP サーバ で は ほ とん ど

変動 が見 られな か っ た。

5．LT　1サ ーバ とクライア ン トの実装

　船内で 利用者の 多い MS 　Windows 系 OS の 時刻設

定法で は 、レ ジ ス トリに登録 されて い な い 時刻帯は、

全 て UTC − 12 時 問 の 時刻 帯 と認識 され 、船内時 の 設

定が で き な い 。

　Visual　Basic　Ver．6．O の GetTimezonelnformation関数

と SetTimezonelnformation関数 を用い た クライア ン

ト用時刻整合プ ロ グラ ム（Fig．9）によ っ て 、　pc 時刻整

合 とレジス トリへ の時刻帯登録 を同時 に行 い PC へ

の 船内時設定が可能とな っ た。

Fig．9　LTI　client 　program 　for　Windows 　XP

6． まとめ

　本研究で は、航法用 GPS と NTP を用 い た 時刻整

合 法の 陸上及び実船実験 および試作ソ フ トウ ェ ア の

使用 を通 じて 以下 の こ とが確認 された。

1）船上 で使用す る NTP サー

バ の 時刻 源 と して 、PPS

信号出 力 の あ る 時刻同期用 GPS 受信 機を 用 い れ ば

容易に無調 整で UTC に 同期で き 、 PPS を用 い な い場

合で も 10ms 程度の 同期精度が得 られ た。

2）航法用 GPS を NTP サ ーバ の 時刻源 と した場合、

受信機か ら NTP サ ーバ まで の データ の 伝送遅延 を

計測する必要が ある も の の 、50ms 程度 の 同期精度が

あ り、日常利用に必要な精度を確保で き る 。

3）試作 した NTP サ ーバか ら時刻を取得 、表示する

ソ フ トウ ェ アは 、短波報時放送 の 代替 手段 と す る こ

とが で きた。

4）NTP サー

バ を階層構造にす る と、ク ラ イ ア ン トか

ら の接続 を最小 限に抑え られ 、同期精度が数 ms 向

上する。

5）本研究で提案 した Daytimeプ ロ トコ ル の拡張 と、

レジス トリの 追加登録によ っ て MS 　Windows 系 OS

で も、標 準で は不 可能な船 内時 の 設 定が可能 とな っ

た 。

6）受信可能範囲が 1000km 程度 と狭 い なが ら、電波

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Japan エnstitute 　 of 　 Navigation

111 号 GPS と NTP を 用 い た船内 コ ン ピ ュータの 時刻整合法 155

時計 の 時刻同期精度は航行中の実験 に よ り、航法用

GPS 受信機 と同程度の 同期精度を持ち、船舶で の 利

用に も有効 で あ っ た。

　こ の よ うに、既存 の 航法用 GPS や 陸上 用 の 電波

時計が NTP に よ っ て 船内 の PC 時刻 を容易 に同期で

きる こ とが明 らかにな っ た 。 ただ し 、 これらの機器

を 利用する 場合は 、UTC 出力遅延量 を、精度の高 い

標準時 供給源 を持 つ 陸上 で 行 う か 、時刻同期用の

GPS を利用 して 計測す る必要が あ る。

　時刻同期 GPS 受信機は航法用 GPS よ りも廉価に

な っ て い る の で 、時刻同期用 GPS と NTP サーバ を

船内 に 設置す る こ と は実用性が高い とい え る。

謝辞

　実 船実験 に ご協 力 くださ い ま した航海訓練所練習

船 「海王 丸」 「北斗丸」 の皆様 に深 く感 謝の 意を表 し

ます。

参考文献

（1）イ ン ター

ネ ッ ト RFC 辞典 ： ア ス キー社

，

　　pp．352−355

（2）船舶通信士労働 組合技術専 門委 員会編 ：

　 世界無線通信資料、pp．648−650，　pp．703 ．706

　 無線 通信社，2002 年

（3）長谷川 健二 ：天 文航 法、pp．45−48，p．341、

　 海文 堂、昭和 54 年 3 月 ユ5 日

（4）井関　貢 ：新訂 航海計器学、p．163、海文堂

　 昭和 52 年 3 月 20 日

（5）鈴木　治、Borje　Fossell安 田明生 ：イ ン ター

ネ ッ

　　ト標準技術 を使 っ た船 員 の た め の 陸 船間 の 電子

　 メール シ ス テ ム の 提案、　 日本 航 海学 会論 文集 ，

　 第 104号， pp．71−772001 年 3 月

（6）鈴木 治 ：船陸間メー

ル イ ンターネッ ト利用の将

　 来に つ い て ，航 海学 会誌 丶」oi、158，pp．10−1g、2003

　 年 12 月

（7）佐藤克久、浅利一善 lNTP 時刻同期精度の OS

　 依存性に っ い て 、融合科学研究所技術研究会報

　 告、PP．263−266，2002 年．

（8）JPostel ： Daytime 　Protocol，　RFC 　867

化 の ため に は自動化の必要性は十分にあ ります。

最新型 の 舶用水 晶時 計 には GPS 受信機 と の 接続

に よ り自動的に 時刻整合 と地方時管理 をさ せ る機

能を持 っ も の があ りますが、船内 LAN に対応す

る も の で はありませ ん ．

本研究で 明らか に な っ た よ う に NTP の 使用は時

刻源 と 船内 LAN を通 じ た コ ン ピ ュー

タ の 時刻 同

期に有効 で あり、舶用水 晶時計の機能に NTP 及び

本研 究 で 提案する LTI機能を組み 込 めば、 こ れ ら

を一

元化す る こ とが で き る こ とを示 して い ます。

吉村和昭 （桐蔭横浜大学）：

　船舶にお い て の 電波時計 の 利用 の現 状 を教えて欲

　 し い 。（電波時計は 船舶で は有用 な の か ）

鈴木 治 ：

　現状 にお い て 、船 舶で は ほとん ど使用 され て い ま

　せ ん 。 世界中を航行する 船舶で は 、 海域 ご と に受

　信 で きる放送を利 用する こ とにな りますが、各国

　の 時刻 コードが まちまち で ある こ と や、電波時計

　 を新た に設置 し な ければな らな い こ と もあり、利

　用 に は困難な状況 で ある と言え ます。

　 しか し 、 本研究の 船上実験で も、目標の 時刻同期

　精度で ある こ と が分か りま し た の で 、世界中の あ

　 らゆる海域で 受信で き る放送体制 と、各 国 の 時 刻

　 コー ドに対応す る受信機が登場すれば 、船舶で の

　時刻源 と して 十分有益 で ある と 思 われ ます。

質疑応答

笹尾　昭 （古野電気株式会社）：

　 自動的に船内時計を整合させ る 必要性 ・可能性 は

　 あ りますか。

鈴木 治 ：

　チ ェ ッ クをす る 作業 は省 けませ んが、業務 の 簡素

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