DE102006012466A1

DE102006012466A1 - Systeme und Verfahren zum Synchronisieren einer Zeit über Netze hinweg

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Publication number: DE102006012466A1
Application number: DE102006012466A
Authority: DE
Inventors: Slawomir K. Loveland Ilnicki; Jefferson B. Loveland Burch; Martin Loveland Curran-Gray
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Viavi Solutions Inc
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2006-11-16
Also published as: GB2426164A; JP4987346B2; GB2426164B; GB0607387D0; JP2006319972A; US20060256820A1; US7573914B2

Abstract

Durch ein Ausrüsten von Empfangsvorrichtungen in einem Netz mit synchronisierbaren Taktgebern ist es möglich, periodisch ein "Impuls"-Signal zu senden, das durch alle Taktgeber zu dem gleichen (oder relativ gleichen) Zeitmoment empfangen wird. Die Genauigkeit des Impulstaktes muss nicht hoch sein, nur sein Signal muss alle Taktgeber im Wesentlichen gleichzeitig erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet eine Übertragungsvorrichtung auf einen Empfang des Synchronisationsimpulssignals hin ein Paket von Daten, die den Epochenzeitstempel der Sendevorrichtung tragen, an eine Empfangsvorrichtung. Das Datenpaket bahnt sich seinen Weg durch das Netzelement zu der Empfangsvorrichtung und der Zeitstempel wird durch die Empfangsvorrichtung verwendet, um die Differenz zwischen der Epochenzeit des Empfängers und der Epochenzeit des Senders zu berechnen. Effektiv entfernt diese Prozedur die unbekannten Netzelementübergangszeiten aus der Gleichung und ermöglicht einen synchronisierten Betrieb der Vorrichtungen.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zeitsynchronisation und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Synchronisieren einer Zeit über Netze hinweg.

Das Erzielen einer Zeitsynchronisation in Computernetzumgebungen ist eine herausfordernde Aufgabe. Unterschiedliche Elemente in einem Netz, wie z.B. PCs/Arbeitsplatzrechner/Server, Router/Schalter und sogar VoIp-Telefone (Internet-Telefone), verwenden das NTP (NTP = Network Time Protocol = Netzzeitprotokoll), um ihre Epochenzeit zu Synchronisationszwecken zu erhalten. Die Genauigkeit der NTP-Zeit ist in der Größenordnung von mehreren zehn Millisekunden. In vielen Fällen ist dies ausreichend. Bei einer Prozessautomatisierung jedoch sind die Anforderungen strikter und die Anforderung nach einer Zeitsynchronisation zwischen vernetzten Vorrichtungen ist in der Größenordnung einer Sub-Mikrosekundengenauigkeit.

Diese Genauigkeit könnte unter Verwendung des GPS-Systems erzielt werden, die Verfügbarkeit des GPS-Signals ist auf Grund der Anforderung einer Antenne mit einer klaren Sicht des Himmels nicht an allen Orten sichergestellt (bis etwa 50 Nanosekunden). In Netzleistungsmessanwendungen, bei denen die Einweg-Paketverzögerung gemessen wird, muss die Genauigkeit in der Größenordnung von Sub-Millisekunden liegen. So ist das Einsetzen des GPS an bestimmten Punkten eines Netzes zur Durchführung einer Netzmessung vorstellbar, mit der Ausnahme, dass, wie oben erläutert wurde, GPS-Signale nicht an allen Orten des Netzes verfügbar sind.

In den letzten Jahren hat die Prozessautomatisierungsindustrie begonnen, den IEEE 1588-Standard einzusetzen, um eine Systemsynchronisation zwischen verschiedenen Vorrich tungen durchzuführen. Der IEEE 1588 in seiner gegenwärtigen Form ist auf ein sehr kleines Netz, üblicherweise ein LAN-Segment, beschränkt. Damit der IEEE 1588 über weite Netze hinweg eingesetzt werden kann, ist eine wesentliche Investition in den Netzelementen erforderlich. Für eine Prozessautomatisierung gibt es einige Unternehmen, die sich auf die Herstellung von Schaltern spezialisieren, die eine Verzögerung beim Weiterleiten der IEEE 1588-Synchronisationsnachrichten vermeiden. Andere Hersteller jedoch, insbesondere Router-Hersteller, finden es wirtschaftlich schwierig, bestimmte der Lösungen, die der IEEE 1588-Standard vorschlägt, zum Handhaben von Warteschlangenverzögerungen innerhalb der Netzelemente einzusetzen.

Es gibt zwei Verfahren in dem IEEE 1588, um Verzögerungen an den Netzschalt-Routingelementen zu vermeiden. Ein Verfahren besteht darin, einen Grenztakt zu verwenden, und ein weiteres besteht darin, Nachrichten mit hoher Priorität einzusetzen. Unter Verwendung des Grenztaktes tragen einige der Nachrichten Zeitstempel, d.h. die Epochenzeit der Vorrichtungen, die versuchen, ihre Takte zu synchronisieren. Dieses Protokoll funktioniert gut, wenn die Kommunikation zwischen derartigen Vorrichtungen in Bezug auf die Verzögerung symmetrisch ist.

Ein Problem entsteht, wenn der Pfad asymmetrisch wird, wie dann, wenn Schalt/Routing-Netzelemente unvorhersehbare Verzögerungen hinzufügen. Unter einem derartigen System ist die Sendevorrichtung (Vorrichtung A) ein Master- bzw. Haupttaktgeber und synchronisiert den Takt einer Vorrichtung B (Empfängervorrichtung). Um eine Warteschlangenbildung an dem Schalter/Router zu vermeiden, müssen die IEEE 1588-Nachrichten an der MAC/PHY-Schicht umgeleitet werden. Der Grenztakt synchronisiert zuerst mit dem Takt der Vorrichtung A als Slave- bzw. Nebentakt und dann wird der Takt der Vorrichtung A der Haupttakt für die Vorrichtung B, die dann ihren Takt mit dem Grenztakt synchronisiert. Diese Lösung erfordert eine Modifizierung des MAC/PHY-Chips und er fordert außerdem einen einzelnen Taktgeber zur Verwaltung aller möglichen Tore. Dies könnte mit bestimmter Anstrengung auf einem Schalter/Router mit einer Bus-Architektur durchgeführt werden. Diese Durchführung auf einem Schalter/Router mit einer Kreuzschienenarchitektur ist jedoch bestenfalls herausfordernd. Deshalb ist es für die baldige Zukunft auf Grund der Komplexität und Kosten anzuzweifeln, ob derartige Veränderungen in dem Schaltnetz implementiert werden. In Situationen jedoch, wie einer Prozessautomatisierung, in denen die Kosten der Schalter viel höher sind (und der wirtschaftliche Ertrag des Verbrauchers höher ist) als dies für das Internet der Fall ist, könnte jedoch die Freiheit bestehen, diese Schemata zu implementieren, in Datennetzen jedoch, die Takte bzw. Taktgeber synchronisieren, bleibt ein Problem.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Netzsynchronisationssystem, ein Verfahren, eine Torschaltung, ein System oder ein verteiltes Grenztaktnetz mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Netzsynchronisationssystem gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 10, eine Torschaltung gemäß Anspruch 18, ein System gemäß Anspruch 21 oder ein Netz gemäß Anspruch 26 gelöst.

Durch ein Ausrüsten von Empfangsvorrichtungen in einem Netz mit synchronisierbaren Taktgebern ist es möglich, periodisch ein „Impuls"-Signal zu senden, das durch alle Taktgeber zu dem gleichen (oder relativ gleichen) Zeitpunkt empfangen wird. Die Genauigkeit des Impulstaktes muss nicht hoch sein, das Signal muss nur alle Taktgeber im Wesentlichen gleichzeitig erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet eine Übertragungsvorrichtung auf einen Empfang des synchronisierenden Impulssignals hin ein Datenpaket, das den Epochenzeitstempel der Sendevorrichtung trägt, an eine Empfangsvorrichtung. Das Datenpaket bahnt sich seinen Weg durch das Netz zu der Empfangsvorrichtung und der Zeitstem pel wird durch die empfangende Vorrichtung verwendet, um die Differenz zwischen der Epochenzeit des Empfängers und der Epochenzeit des Senders zu berechnen. Effektiv entfernt diese Prozedur die unbekannten Netzübergangszeiten aus der Gleichung und ermöglicht einen synchronisierten Betrieb der Vorrichtungen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Konzepts, das zwei Vorrichtungstaktgeber aufweist, die synchronisiert werden müssen;

2A und 2B eine Darstellung der für eine Taktgebersynchronisation durchgeführten Berechnungen; und

3A und 3B ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Einrichten einer Taktgebersynchronisation.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel 10 des erfindungsgemäßen Konzepts, das zwei Vorrichtungstaktgeber 120, 130 in Vorrichtungen 12 bzw. 13 aufweist, die synchronisiert werden müssen. Es wird angenommen, dass die Taktgeber 120 und 130, wie zu sehen sein wird, in der Lage sind, ein Sync- bzw. Synchronisations-Signal zu empfangen, entweder über einen Draht, optisch (entweder durch Luft oder in einer Faser) oder Drahtlos-Technologien verschiedener Frequenzen/Wellenlängen und Modulationsschemata (wie z.B. 802.11, Bluetooth, TV RF) oder über Schwingungen, wie z.B. Impulse, usw. Das Sync-(Zeitgebungssteuer-)Signal ist kein Signal, das tatsächlich die Taktgeber direkt synchronisiert, wie dies in GPS-Systemen durchgeführt wird, in denen das GPS jede Sekunde einen Impuls sendet, dem über einen unterschiedlichen Kanal (RS 232) ein Wert folgt, d.h. Epochenzeit zu Ausrichtungszwecken, sondern vielmehr zeigt das Sync-Signal an, dass ein spezifisches Ereignis aufgetreten ist. Basierend auf diesem spezifischen Ereignis weiß der zu synchronisierende Taktgeber, wie weit er von der Zeit eines Systemhaupttaktgebers gewandert ist.
Ein Sync-Erzeuger (SG), wie z.B. ein SG 110, wird verwendet, um das Sync-Signal bereitzustellen. Der SG 110 könnte ein Teil eines Schalter/Router-Elements 11 sein oder er könnte sich außerhalb des Elements befinden. Der SG 110 signalisiert periodisch ein Ereignis. Das Sync-Signal könnte an jedem Taktort basierend auf einem weiteren Ereignis, wie z.B. einem empfangenen Signal, erzeugt werden und jeder Taktgeber „zählt" dann von diesem Signal herunter und erzeugt seinen eigenen Sync-Puls.
Die Taktgeber 120 und 130 (und mögliche weitere zu synchronisierende Taktgeber) könnten sich entweder auf einer Leitungskarte des Routers/Schalters befinden oder könnten innerhalb eines Smart Gigabit Interface Converters (GBIC = Smart-Gigabit-Schnittstellenwandler) oder an einem beliebigen anderen Ort sein. Die Taktgeber außerhalb des Schalter/Router-Bereichs könnten eine Synchronisation mit dem Rest der Welt unter Verwendung des IEEE 1588 herstellen. Ein beliebiger Schalter/Router-Tor-Taktgeber, wie z.B. der Haupt-Tor-Taktgeber, könnte als ein SG dienen. Es wird darauf verwiesen, dass der SG einer der Smart-GBIC-Taktgeber sein könnte, wenn die zu synchronisierenden Taktgeber innerhalb von Smart-GBICs sind. Der SG könnte eine Infrarot-Übernahmesignal-Vorrichtung sein, die die Taktgeber über Infrarot-Empfänger empfangen könnten, oder der Impuls könnte Schall oder eine Schwingung sein. Die Frequenz der SG-Signale hängt von der erwünschten Synchronisationsgenauigkeit ab, wie jedoch noch besprochen wird, ist die Stabilität des SG selbst kein Problem. In der Schalter/Router-Implementierung könnte der SG ein Backplane- bzw. Rückwand-Taktgeber sein, dessen Signal an die Schalter/Router-Tore weitergeleitet wird. Die Frequenz des SG-Signals könnte etwa eine Sekunde betragen, könnte jedoch, falls dies gewünscht wird, häufiger sein.
Ein Schlüsselaspekt besteht darin, dass alle Taktgeber, die einem spezifischen Schalter/Router zugeordnet sind, das SG-Signal in etwa zu dem gleichen Moment empfangen müssen. In einigen Fällen ist es möglich, die Verzögerung des Impulses dauerhaft einzustellen (abzustimmen), so dass derselbe an allen Vorrichtungen gleichzeitig ankommt. Einige Verzögerungen bei der Ausbreitung in dem Bereich einiger Nanosekunden jedoch könnten toleriert werden.
Falls dies gewünscht wird, könnte das System als eine verteilte 1588-Grenztaktanordnung verwendet werden, da eine derartige Vorrichtung einen Kurzdistanz-Kommunikationspfad mit geringer Latenz/geringem Jitter besitzen würde, der auf einer periodischen Basis ein Bit sendet. Alle Empfänger wären in der Lage, diese „Sync-Ereignisse" mit einem Zeitstempel zu versehen. Ein wichtiger Aspekt eines derartigen Verteilungssystems besteht darin, dass der Kommunikationspfad für das Ein-Bit-Impulssignal einen geringen Jitter besitzt. In einem derartigen System ist ein entfernter 1588-Master direkt über einen Draht oder eine Faser mit dem Smart-GBIC, der ein Slave für den entfernten Master ist, verbunden. Der entfernte GBIC synchronisiert seinen Taktgeber unter Verwendung normaler 1588-Nachrichten mit dem entfernten Master. Der entfernte GBIC sieht das Sync-Ereignis (Impuls) und versieht dasselbe mit einem Zeitstempel. Da dieser Taktgeber mit dem Master synchronisiert ist, ist dieser Zeitstempel im Wesentlichen der gleiche Wert, den der Master aufzeichnen würde, wenn der Master ausreichend nahe wäre, um auch das Sync-Ereignis zu sehen. Alle lokalen Taktgeber, die auch das Sync-Ereignis sehen, würden einen lokalen Zeitstempel erzeugen, mit der Annahme, dass das Sync-Ereignis im Wesentlichen gleichzeitig durch alle lokalen Taktgeber empfangen wird (innerhalb der betreffenden Sync-Genauigkeit). Der Slave- bzw. Neben-GBIC kommuniziert dann seinen Zeitstempel an alle lokalen Taktgeber, die ebenso das gleiche Sync-Ereignis gesehen haben. Diese Kommunikation kann einen hohen Jitter aufweisen und es wird an genommen, dass dieselbe durch das Netzelement hindurchgeht. Alle lokalen Taktgeber, die diese Nachrichte empfangen, können dann ihren lokalen Takt einstellen, um den Slave-GBIC zu verfolgen.
In Betrieb wird, wie in 1 gezeigt ist, angenommen, dass der Taktgeber 120 des Tors A (12) der Master ist und den Taktgeber 130 des Tors B (13) synchronisieren muss. Der Vorgang beginnt dadurch, dass das Tor A eine Zeit-Sync-Nachricht (TSM), d.h. eine Nachricht, in die der Epochenzeitstempel des Tors A eingebettet ist, an das Tor B sendet. Der Zeitstempel wird aufgesetzt und die Nachricht wird unmittelbar daraufhin, dass das Tor A das SG-Signal von der SG-Quelle 110 empfängt, gesendet. Die TSM könnte durch den Schalter/Router verzögert werden, z.B. in einer Paketwarteschlange 111, ohne dass eine Schwierigkeit bewirkt wird, da alle Nebentaktgeber, wie zu sehen sein wird, „wissen", wann das Paket gesendet wird, und die Epochenzeit des sendenden Tors kennen, da eine derartige Zeit durch die TSM getragen wird.
Das Paket, das mit dem Zeitstempel des Tors A z.B. unter einer Steuerung der Steuerung (12) gesendet wird, wird an dem Tor B (13) erfasst, sowie an allen anderen Toren, in denen Takte synchronisiert werden sollen. Da das Tor B weiß, wann das Paket angefangen hat (da es begonnen hat, als das Tor A das gleiche SG-Signal empfangen hat wie das Tor B), und da das Paket den Zeitstempel des Tors A auf sich hat, kann das Tor B auf einen Empfang des Pakets hin bestimmen, wie weit voraus (oder hinterher) der Takt des Tors B von dem Takt des Tors A ist, wenn das Paket an dem Tor B ankommt.
2A stellt dies derart dar, dass das Paket 201 von dem Tor A bei der Epochenzeit des Tors A von z.B. 15:06:03,8 gesendet wird. Es benötigt acht Maße (in diesem Fall Zehntelsekunden), um am Tor B anzukommen. Wenn die TSM ankommt, markiert das Tor B seine eigene Epochenzeit von z.B. 15:06:05,2.
2B zeigt die Berechnungen, die am Tor B z.B. durch die Steuerung 131, 1, durchgeführt werden, um zu bestimmen, wie weit der Takt des Tors B von dem Takt des Tors A entfernt ist. So ist, wie gezeigt ist, die tatsächliche Ankunftszeit des Pakets 201 15:06:05,2, wie durch den Taktgeber 130 (Tor B) zu sehen ist. Die Übergangszeit beträgt 0,8, die durch das Tor B (z.B. durch die Steuerung 131) von dem SG-Signal gezählt wird, das zu dem gleichen Moment zu dem Tor B kommt, zu dem es zu dem Tor A kam, was die Zeit ist, zu der die TSM von dem Tor A gesendet wurde. Die Sendezeit (wie durch das Tor B berechnet) beträgt 15:06:04,4. Die tatsächliche Sendezeit (wie in dem Paket 201 beinhaltet) beträgt 15:06:03,8. So kann das Tor B berechnen, dass der Taktgeber 130 am Tor B um 0,6 schneller läuft, als der Taktgeber 120 beim Tor A ist.
Es wird angemerkt, dass, während zu erwarten ist, dass ein Paket exakt gesendet wird, wenn das SG-Signal ankommt, dasselbe auf einem beliebigen „Tick" danach sein könnte, unter der Voraussetzung, dass das empfangende Tor weiß, auf welchem Tick es gesendet wird (dies könnte in dem Zeitcode innerhalb der Paketnachricht sein, falls erwünscht, oder könnte eine Systemanforderung sein) und unter der Voraussetzung, dass die Nachricht ankommt, bevor das nächste SG-Signal an dem Tor B ankommt. Es wird auch angemerkt, dass Nachrichten zu unterschiedlichen Toren auf unterschiedlichen „Ticks" herausgehen könnten, wieder unter der Voraussetzung, dass das empfangende Tor weiß, welcher „Tick" gerade verwendet wird.
In einer Situation, in der es mehrere Nebentaktgeber (mehrere Tore) gibt, würde das Tor A am wahrscheinlichsten eine einzelne Nachricht an jeden Nebentaktgeber senden, da ein Rundsenden oder Sammelsenden unter Umständen nicht möglich ist, wenn sich Tore auf separaten Teilnetzen befinden.
In der Smart-SGBIC-Implementierung könnten alle SGBICs über einen externen Draht in Kaskade geschaltet sein. Ein zweckgebundener Smart-GBIC könnte das SG-Signal sowie das Haupttaktsignal an alle Smart-GBICs liefern, indem eine Zeit-Sync-Nachricht als UDP-Pakete gesendet wird.
In der Situation, in der der SG innerhalb der Router/Schalter-Vorrichtung ist und die SGBICs in deren Toren eingesetzt werden, wird eine Struktur zum Senden des Sync-Pulses an die Neben-SGBICs benötigt. Dies könnte durch ein Senden des Signals an einer der existierenden Spuren entlang herunter auf einem normalen GBIC/SFP-Sockel erzielt werden. Die Signalverlustausgabe aus den GBIC an den Host z.B. ist ein offenes Kollektorsignal, das auf der Host-Platine hochgezogen wird. Wenn der GBIC eine Signalverlustbedingung anzeigt, lässt er den Spannungspegel durch den Widerstand hochziehen, was eine logische 1 erzeugt. Wenn das empfangene Signal in Ordnung ist, zieht der GBIC oder SFP ein Signal auf eine niedrige Spannung herunter, um eine logische 0 darzustellen. Wenn der Host den Pegel der Spannung auf dem Pull-Up-Widerstand modulieren würde, könnte ein geeignet ausgerüsteter S-GBIC diese Modulation erfassen. Ein unmodifizierter GBIC oder SFP jedoch würde diese Variation nicht erfassen und die normale Signalverlustfunktionalität würde nicht gestört werden.
Wenn man sich das SG-Signal als einen Impuls vorstellt, könnte dieser „Impuls" extern erzeugt werden oder könnte aus statistischen Messungen von Paketen hergeleitet werden, die von dem Master an den oder die Slaves gesendet werden. Durch ein Synchronisieren aller Taktgeber auf die gleiche Frequenz und Phase unter Verwendung statistischer Messungen könnten dann Impulse hergeleitet werden (z.B. Einsekundenimpulse), die jedes Tor zu der gleichen Zeit bemerkt.
3A zeigt ein Ausführungsbeispiel 30 eines Vorgangs an einem Haupttor zum Beginnen einer Synchronisation. Ein Vor gang 301 wartet, dass ein SG-Impuls empfangen wird. Wenn das SG-Impulssignal empfangen wird, verleiht ein Vorgang 302 in Verbindung mit dem Taktgeber 120 des Tors A einen Zeitstempel und sendet ein Nachrichtenpaket an das Tor B. Vorgänge 303 und 304 senden Pakete an andere Vorrichtungen, falls dies erforderlich ist. Diese Signale könnten sequentielle SG-Pulse sein oder könnten um eine Anzahl eines „Fokus" innerhalb des gleichen SG-Pulses „versetzt" sein.
3B zeigt ein Ausführungsbeispiel 31 eines Vorgangs an einem Nebentor B zum Abschließen der Synchronisation. Ein Vorgang 310 wartet, dass das Tor B ein Impulssignal empfängt. Wenn ein derartiges Signal empfangen wurde, markiert ein Vorgang 311 die Zeit des Impulssignals, wie dieses durch den Taktgeber 130 beibehalten wird. Diese „Zeit" ist die Epochenzeit des Tors B, wie nun durch einen Vorgang 312 erfasst wird.
Ein Vorgang 313 bestimmt, wann eine zeitgestempelte Nachricht von dem Haupttor empfangen wurde, und zeichnet die Zeit der Ankunft unter Verwendung seiner eigenen Epochenzeit auf. Dann berechnet ein Vorgang 314, wie in 2B gezeigt ist, die Drift des Taktgebers B in Bezug auf den Taktgeber A. Ein Vorgang 305 führt eine mögliche an dem Taktgeber B erforderliche Einstellung durch, um die Drift zu korrigieren.
Die Genauigkeit der Synchronisation hängt von dem Intervall zwischen den Impulssignalen und dem Empfang einer Nachricht mit dem Zeitstempel von dem Tor A ab. Die Nebentaktgeber driften jeweils verglichen mit dem Master, wobei die Driftrate durch ihre eigene Natur gesteuert wird. Da jeder Nebentaktgeber seine eigene Drift einstellt, nachdem er erfahren hat, wie viel er gedriftet ist, ist es möglich, jede Takteinstellung einzeln an dem Tor vorzunehmen, derart, dass die Einstellung insgesamt zu einer Zeit oder über eine Zeitperiode durchgeführt werden könnte. Die Einstellung könnte unter Verwendung der Driftrate, gemessen zwischen SG-Impulsen, durchgeführt werden, um zu bestimmen, wie viel zu einer bestimmten Zeit korrigiert werden soll. Dies beseitigt den Bedarf nach einer großen Einstellung bei einem beliebigen Zyklus.
Obwohl die vorliegende Erfindung und Vorteile derselben detailliert beschrieben wurden, wird darauf verwiesen, dass verschiedene Veränderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin durchgeführt werden können, ohne von der Wesensart und dem Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Ferner soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsbeispiele von Vorgang, Maschine, Herstellung, Materialzusammensetzung, Mittel, Verfahren und Schritten, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, eingeschränkt sein. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres aus der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersehen wird, könnten Vorgänge, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die bereits existieren oder noch entwickelt werden, die im Wesentlichen die gleiche Funktion durchführen oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielen wie die entsprechenden hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele, gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Entsprechend sollen die beigefügten Ansprüche derartige Vorgänge, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte innerhalb ihres Schutzbereichs einschließen.

Claims

Netzsynchronisationssystem mit folgenden Merkmalen: einer Netz-Sende- und einer -Empfangsvorrichtung (12, 13), die jeweils angepasst sind, um ein Zeitgebungssteuersignal im Wesentlichen gleichzeitig zu empfangen; einer Steuerung (121) an einer Sendevorrichtung, wobei die Steuerung wirksam zum Platzieren eines Zeitstempels (302) auf einer Nachricht ist, die von der Sendevorrichtung durch ein Netz mit einer bekannten festen Zeit in Bezug auf einen Empfang des Zeitgebungssteuersignals an eine Empfangsvorrichtung gesendet werden soll, wobei der Zeitstempel die Epochenzeit der Sendevorrichtung ist; und einer Steuerung (131) an der Empfangsvorrichtung, die wirksam zum Bestimmen, aus einer empfangenen der Nachrichten, der Differenz zwischen der Epochenzeit der Empfangsvorrichtung und der Epochenzeit der Sendevorrichtung basierend auf der zeitgestempelten Epochenzeit und der Übergangszeit, die aus der bekannten festen Zeit von einem Empfang des Zeitgebungssteuersignals an der Empfangsvorrichtung berechnet wird, ist.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die bekannte feste Zeit unmittelbar auf einen Empfang des Zeitsteuersignals durch die Sendevorrichtung hin folgt.
System gemäß Anspruch 1, bei dem die bekannte feste Zeit ein Versatz von dem Empfang des Zeitsteuersignals ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Sendevorrichtung eine Nachricht an eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen sendet, wobei jede Nachricht ei nen Zeitstempel der Epochenzeit der Sendevorrichtung trägt, und bei dem jede Nachricht mit einem unterschiedlichen bekannten Versatz von dem Empfang des Zeitsteuersignals gesendet wird.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Taktgeber (130) an der Empfangsvorrichtung, und wobei die Steuerung eine Driftberechnung (314) zum Einstellen der Drift des Empfangsvorrichtungstaktgebers bereitstellt, wobei die Driftberechnung auf der bestimmten Epochenzeitdifferenz basiert.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Zeitgebungssteuersignal durch einen Mechanismus an die Taktgeber übertragen wird, der aus der Liste ausgewählt ist, die besteht aus: Drahtlos HF, verkabelte Verdrahtung, Schall, Schwingung und Licht.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Zeitgebungssteuersignal durch einen Mechanismus erzeugt wird, der aus der Liste ausgewählt ist, die folgende Merkmale aufweist: Elektronikzähler, Lokaloszillator, phasenverriegelte Schleife, Frequenzgenerator und GPS-Empfänger.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Zeitgebungssteuersignal periodisch ist.
System gemäß Anspruch 8, bei dem die Periode eine Sekunde ist.
Verfahren zum Synchronisieren von Taktgebern in voneinander beabstandeten Netzelementen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Senden (301, 310) eines Impulses an eine Mehrzahl der Taktgeber, wobei der Impuls im Wesentlichen gleichzeitig an den Taktgebern ankommt; auf einen Empfang des Impulses an einem der Taktgeber hin, Senden (302) einer Nachricht durch eine Netzvorrichtung (111) an zumindest einen Zieltaktgeber (130), wobei die Nachricht die Epochenzeit des Sendetaktgebers (120) aufweist; und Berechnen (314), an dem Zieltaktgeber, der Differenz zwischen der Epochenzeit des Zieltaktgebers und der Epochenzeit des Sendetaktgebers auf einen Empfang der Nachricht an einem Zieltaktgeber hin unter Verwendung der Epochenzeit des Sendetaktgebers, wie in dem Zeitstempel beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Berechnen (314) folgende Schritte aufweist: Vergleichen der Epochenzeit des Zieltaktgebers mit der Epochenzeit des Sendetaktgebers; und Einstellen für eine Netzübergangszeit der Nachricht, die den Zeitstempel trägt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Einstellen folgenden Schritt aufweist: Zählen der Zeit, die von einem Empfang des Impulses bis zu der Zeit, zu der die Nachricht an dem Zieltaktgeber ankommt, verstrichen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner folgende Schritte aufweist: auf einen Empfang des Impulses an dem Sendetaktgeber hin, außerdem Senden von Nachrichten durch die Netzvorrichtung an eine Mehrzahl zusätzlicher Zieltaktgeber, wobei jede Nachricht die Epochenzeit des Sendetaktgebers aufweist; und Berechnen, an jedem der zusätzlichen Zieltaktgeber, der Differenz zwischen der Epochenzeit jedes zusätzlichen Zieltaktgebers und der Epochenzeit des Sendetaktgebers auf einen Empfang der Nachricht an den Zieltaktgebern hin unter Verwendung der Epochenzeit des Sendetaktgebers, wie in dem Zeitstempel beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem das Zeitgebungssteuersignal mittels eines Mechanismus an die Taktgeber übertragen wird, der aus der Liste ausgewählt wird, die besteht aus: Drahtlos HF, verkabelte Verdrahtung, Schall, Schwingung und Licht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Zeitgebungssteuersignal durch einen Mechanismus erzeugt wird, der aus der Liste ausgewählt wird, die folgende Merkmale aufweist: Elektronikzähler, Lokaloszillator, phasenverriegelte Schleife, Frequenzgenerator und GPS-Empfänger.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem das Zeitgebungssteuersignal periodisch ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die Periode eine Sekunde ist.
Torschaltung zur Verwendung in einem Netz, wobei die Schaltung folgendes Merkmal aufweist: eine Steuerung (131) zum Bestimmen, aus einer empfangenen zeitgestempelten Nachricht von einem Sendetor (12), der Differenz zwischen der Epochenzeit des Tors und der Epochenzeit des Sendetors basierend auf der zeitgestempelten Epochenzeit und der Übergangszeit, die aus einer bekannten festen Zeit von einem Empfang eines Zeitgebungssteuersignals (301, 310), das gleichzeitig an sowohl dem Tor als auch dem Sendetor empfangen wird, berechnet wird.
Torschaltung gemäß Anspruch 18, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Taktgeber, der eine Drift aufweist, und wobei die Steuerung ferner folgendes Merkmal aufweist; eine Einrichtung zum Einstellen der Taktdrift basierend auf der bestimmten Zeitdifferenz.
Torschaltung gemäß Anspruch 18, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Taktgeber, und wobei die Steuerung ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Synchronisieren des Taktgebers mit einem Taktgeber in dem Sendetor.
System zum Synchronisieren von Taktgebern in separaten Toren von Netzelementen, wobei das System folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Senden eines Impulses an eine Mehrzahl der Taktgeber, wobei der Impuls im Wesentlichen gleichzeitig an den Taktgebern ankommt; eine Einrichtung, die auf einen Empfang des Impulses an einem der Taktgeber hin wirksam ist, zum Senden einer Nachricht durch ein Netz an zumindest einen Zieltaktgeber, wobei die Nachricht die Epochenzeit des Sendetaktgebers aufweist; und eine Einrichtung zum Berechnen, an dem Zieltaktgeber, der Differenz zwischen der Epochenzeit des Zieltaktgebers und der Epochenzeit des Sendetaktgebers auf einen Empfang der Nachricht an einem Zieltaktgeber hin unter Verwendung der Epochenzeit des Sendetaktgebers, wie in dem Zeitstempel beinhaltet.
System gemäß Anspruch 21, bei dem die Berechnungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Vergleichen der Epochenzeit des Zieltaktgebers mit der Epochenzeit des Sendetaktgebers; und eine Einrichtung zum Einstellen für eine Netzübergangszeit der Nachricht, die den Zeitstempel trägt.
System gemäß Anspruch 22, bei dem die Einstelleinrichtung folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Zählen der Zeit, die von einem Empfang des Impulses bis zu der Zeit, zu der die Nachricht an dem Zieltaktgeber ankommt, verstrichen ist.
System gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem die Impulserzeugungseinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals aus der Liste aufweist, die besteht aus: Elektronikzähler, Lokaloszillator, phasenverriegelte Schleife, Frequenzgenerator und GPS-Empfänger.
System gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem der Impuls periodisch ist.
Verteiltes Grenztaktnetz mit folgenden Merkmalen: einem Haupttaktgeber; einer Mehrzahl anderer Taktgeber; einem Kommunikationspfad mit geringem Jitter, der sich unter dem Haupttaktgeber und den anderen Taktgebern erstreckt; einer Einrichtung, unter Verwendung eines 1558-Benachrichtigens, zum Synchronisieren des Haupttaktgebers mit einem der anderen Taktgeber, wobei der andere Taktgeber ein entfernter Haupttaktgeber wird, und unter Verwendung des Kommunikationspfads mit geringem Jitter, zum Verteilen eines Sync-Signals an alle anderen Taktgeber, einschließlich des entfernten Haupttaktgebers; einer Einrichtung an dem entfernten Haupttaktgeber zum Senden einer zeitgestempelten Nachricht an die anderen Taktgeber auf einen Empfang des Sync-Signals hin; und einer Einrichtung an jedem anderen Taktgeber, unter Verwendung der zeitgestempelten Nachricht von dem entfernten Haupttaktgeber und der Zeit, zu der das Sync-Signal an dem anderen Taktgeber empfangen wird, zum Berechnen der Differenz zwischen dem anderen Taktgeber und dem entfernten Haupttaktgeber.
Verteiltes Grenztaktnetz gemäß Anspruch 26, bei dem das Netz folgendes Merkmal aufweist: zumindest einen Gigabit-Schnittstellenwandler.