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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet verteilter Systeme.
Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Verbesserungen bei
der Zeitsynchronisierung in verteilten Systemen.
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Verteilte
Systeme sind üblicherweise
als Sammlung von Knoten angeordnet, die über eine oder mehr Netzwerkkommunikationsverknüpfungen miteinander
verbunden sind. Diese Netzwerkkommunikationsverknüpfungen
können
paketierte Verknüpfungen
wie z. B. Ethernet oder eine oder mehr einer Vielzahl anderer paketierter
Verknüpfungen
sein, die an Anwendungen verteilter Steuersysteme angepasst sind.
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Verteilte
Steuersysteme profitieren häufig von
einer präzisen
Steuerung der Zeitgebung an den verteilten Knoten. Die U.S.-Patentschrift
Nr. 5,566,180 von Eidson u. a. lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bereitstellen einer präzisen Zeitgebungssteuerung
bei verteilten Knoten durch Synchronisieren der lokalen Takte in
den verteilten Knoten. Das Synchronisierungsprotokoll von Eidson u.
a. beinhaltet den Austausch von Zeitgebungsdatenpaketen und Nachfolgepaketen
zwischen den Knoten, so dass die Verzögerung bei dem Transfer eines
Zeitgebungsdatenpakets von einem ersten Knoten an einen zweiten
Knoten in Kombination mit Zeitgebungsinformationen in einem Nachfolgepaket verwendet
werden kann, um einen lokalen Takt in dem zweiten Knoten genau einzustellen.
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Eine
Vielzahl von Bedingungen, die üblicherweise
bei verteilten Systemen anzutreffen sind, können Schwankungen oder Jitter
bzw. Zittern bei der Verzögerung
des Transfers eines Zeitgebungsdatenpakets bewirken. Beispielsweise
kann eine Kommunikationsschaltungsanordnung an verschiedenen Punkten
in dem verteilten System einen Jitter bewirken. Ferner können Kommunikationsschaltungen
wie z. B. Netzwerkübergänge einen
Jitter bewirken, der von dem Verkehrsvolumen in dem System abhängt. Ungünstigerweise
kann ein derartiger Jitter die Genauigkeit der Zeitsynchronisation
in einem verteilten System verringern.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zum
Synchronisieren eines lokalen Taktes in einem verteilten System
zu liefern, das eine höhere
Genauigkeit der Zeitsynchronisierung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Es
werden eine Vielzahl von Verbesserungen an einem Zeitsynchronisierungsprotokoll
für ein verteiltes
System offenbart. Die Verbesserungen können in einem verteilten System
verkörpert
sein, das einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten und eine
oder mehr dazwischenliegende Kommunikationsverknüpfungen umfasst, die Kommunikationsvorrichtungen
wie z. B. Repeater oder Netzübergänge umfassen
können.
Der erste Knoten umfasst einen lokalen Takt und eine Schaltungsanordnung,
die ein Zeitgebungsdatenpaket und ein Nachfolgepaket erzeugt. Das
Zeitgebungsdatenpaket weist einen eindeutigen Zeitgebungspunkt auf,
und das Nachfolgepaket umfasst einen von dem lokalen Takt erhaltenen
Zeitstempel, der eine Zeit angibt, zu der das Zeitgebungsdatenpaket
erzeugt wird. Der zweite Knoten umfasst eine Schaltungsanordnung,
die das Zeitgebungsdatenpaket und das Nachfolgepaket über eine Kommunikationsverknüpfung empfängt. Der
zweite Knoten umfasst ferner einen lokalen Takt und eine Schaltungsanordnung,
die einen lokalen Zeitwert von dem lokalen Takt erhält, wenn
der eindeutige Zeitgebungspunkt erfasst ist. Die Differenz zwischen
dem Zeitstempel von dem Nachfolgepaket und dem lokalen Zeitwert
gibt eine relative Synchronisierung der lokalen Takte in dem ersten
und dem zweiten Knoten an.
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Die
hierin offenbarten Verbesserungen umfassen Techniken zum Verbessern
der Genauigkeit der Zeitsynchronisierung, indem der eindeutige Zeitgebungspunkt
von einem Begrenzer für
das Zeitgebungsdatenpaket getrennt wird. Die Verbesserungen umfassen
Techniken, die einen Jitter, der der Kommunikationsschaltungsanordnung
in dem verteilten System zugeordnet ist, einschließlich eines
Jitters, der physischen Schnittstellen und Netzübergängen in dem verteilten System
zugeordnet ist, kompensieren. Diese Techniken können eine spezialisierte Schaltungsanordnung
in der Kommunikationsschaltungsanordnung beinhalten, um einen Jitter
oder eine spezielle Verarbeitung von empfangenen Zeitgebungsdatenpaketen
oder die Einführung
von Nachfolgepaketen, die Empfangsknoten über einen gemessenen Jitter
informieren, zu kompensieren, oder eine Kombination dieser Techniken
umfassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung.
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Die
vorliegende Erfindung wird bezüglich
bestimmter exemplarischer Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben, und dementsprechend wird auf die Zeichnungen
Bezug genommen, bei denen:
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1 ein
verteiltes System zeigt, das ein Paar von Knoten umfasst, die über eine
Kommunikationsverknüpfung
miteinander verbunden sind;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer physischen Schnittstelle zeigt, die eine UTP-Erfassungsschaltung
umfasst, die die Genauigkeit bei der Synchronisierung der lokalen
Takte durch Verringern des Jitters bei der Erfassung des UTP verbessert;
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3 ein
alternatives Ausführungsbeispiel einer
physischen Schnittstelle zeigt, die eine Phasenfehlermessschaltung
umfasst, die die Genauigkeit bei der Synchronisierung der lokalen
Takte durch Verringern von Jitter bei der Erfassung des UTP verbessert;
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4 ein
verteiltes System zeigt, bei dem Knoten mit verschiedenen Kommunikationsverknüpfungen
gekoppelt sind, die durch eine Kommunikationsvorrichtung miteinander
verbunden sind;
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5 ein
Ausführungsbeispiel
einer Kommunikationsvorrichtung zeigt, die Mechanismen zum Verringern
von Zeitsynchronisierungsungenauigkeiten, die durch Jitter bewirkt
werden, umfasst;
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6 ein
alternatives Ausführungsbeispiel einer
Kommunikationsvorrichtung zeigt, die Mechanismen zum Verringern
von Zeitsynchronisierungsungenauigkeiten, die durch Jitter bewirkt
werden, umfasst;
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7 ein
Ausführungsbeispiel
einer Kommunikationsvorrichtung zeigt, die Mechanismen zum Messen
der bei der Kommunikationsvorrichtung bewirkten Verzögerung und
zum Weiterleiten der gemessenen Verzögerung an einen Knoten in einem Nachfolgepaket
umfasst.
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1 zeigt
ein verteiltes System 10, das ein Paar von Knoten 12 und 14 umfasst,
die über
eine Kommunikationsverknüpfung 40 miteinander
verbunden sind. Die Knoten 12 und 14 umfassen
ein Paar von lokalen Takten 22 bzw. 36, die die
lokale Zeit für die
jeweiligen Knoten 12 und 14 mitverfolgen. Die Knoten 12 und 14 umfassen
ferner ein Paar von Zeitpaketerkennungseinrichtungen 20 bzw. 32,
die über die
Kommunikationsverknüpfung 40 Nachrichten austauschen,
um eine Synchronisierung der lokalen Takte 22 und 36 aufrechtzuerhalten.
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Beispielsweise
erzeugt die Zeitpaketerkennungseinrichtung 20 ein Zeitgebungsdatenpaket 18 und
transferiert es über die
Kommunikationsverknüpfung 40 durch
eine physische Schnittstelle 24, die eine Kommunikation über die
Kommunikationsverknüpfung 40 ermöglicht.
Das Zeitgebungsdatenpaket 18 umfasst einen eindeutigen
Zeitgebungspunkt (UTP – unique
timing point) 52 und einen Zeitgebungsdatenpaket-Begrenzer
(TDP-Begrenzer; TDP = timing data packet, Zeitgebungsdatenpaket) 54.
Zu der Zeit, zu der die Zeitpaketerkennungseinrichtung 20 das
Zeitgebungsdatenpaket 18 an die physische Schnittstelle 24 transferiert,
tastet sie den lokalen Takt 22 ab, um einen Zeitstempel 50 zu
erhalten. Der Zeitstempel 50 gibt die lokale Zeit in dem
Knoten 12 an, zu der die Zeitpaketerkennungseinrichtung 20 das
Zeitgebungsdatenpaket 18 an die physische Schnittstelle 24 transferierte.
Danach erzeugt die Zeitpaketerkennungseinrichtung 20 ein
Nachfolgepaket 16 und transferiert es über die Kommunikationsverknüpfung 40.
Das Nachfolgepaket 16 umfasst den Zeitstempel 50.
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Die
Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 empfängt das Zeitgebungsdatenpaket 18 durch
eine physische Schnittstelle 30, die eine Kommunikation über die
Kommunikationsverknüpfung 40 ermöglicht. Die
physische Schnittstelle 30 erzeugt ansprechend auf den
Empfang des Zeitgebungsdatenpakets 18 einen Satz von wiedergewonnenen
Signalen 60. Die wiedergewonnenen Signale 60 umfassen
einen wiedergewonnenen Bitstrom, der die Elemente des Zeitgebungsdatenpakets 18 trägt, einschließlich des UTP 52 und
des TDP-Begrenzers 54. Die wiedergewonnenen Signale 60 umfassen
ein wiedergewonnenes Taktsignal für den wiedergewonnenen Bitstrom.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
verwendet die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 die wiedergewonnenen
Signale 60, um den UTP 52 zu erfassen. Auf eine
Erfassung des UTP 52 in dem wiedergewonnenen Bitstrom hin
bewirkt die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32, dass ein
Zeitstempel-Latch 38 einen lokalen Zeitwert aus dem lokalen
Takt 36 zwischenspeichert. Danach verifiziert die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32,
ob das Zeitgebungsdatenpaket 18 den TDP-Begrenzer 54 ent hält. Der
TDP-Begrenzer 54 ist ein eindeutiges Muster, das Zeitgebungsdatenpakete
von anderen Arten von Paketen, die auf der Kommunikationsverknüpfung 40 geführt werden, unterscheidet.
Wenn der TDP-Begrenzer 54 nicht in dem Paket 18 gefunden
wird, dann ist das Paket 18 kein Zeitgebungsdatenpaket,
und die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 verwirft den
Zeitwert, der soeben durch den Zeitstempel-Latch 38 zwischengespeichert
wurde.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
geht der UTP 52 dem TDP-Begrenzer 54 in dem Zeitgebungsdatenpaket 18 voraus.
Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel
sind der UTP 52 und der TDP-Begrenzer 54 zu demselben
Indikator in dem Zeitgebungsdatenpaket 18 vereinigt.
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Der
in dem Zeitstempel-Latch 38 gehaltene Zeitwert gibt die
lokale Zeit an, zu der die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 das
Zeitgebungsdatenpaket 18 empfing. Danach empfängt die
Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 das Nachfolgepaket 16 und extrahiert
den Zeitstempel 50. Die Differenz zwischen dem Zeitstempel 50 und
dem Zeitwert in dem Zeitstempel-Latch 38 gibt
die relative Synchronisierung der lokalen Takte 22 und 36 an.
Nachdem diese Differenz berechnet wurde, verwendet die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 dieselbe,
um den Zeitwert in dem lokalen Takt 36 einzustellen, um
den lokalen Takt 36 auf den lokalen Takt 22 abzustimmen.
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Die
Anpassung des Zeitwerts in dem lokalen Takt 36 kann dadurch
bewerkstelligt werden, dass der lokale Takt 36 als Zähler implementiert
wird, der durch einen Oszillator mit ausreichender Stabilität getrieben
wird. Die wenigen niedrigstwertigen Bits des Zählers können als Addierer implementiert
werden, so dass das Inkrement bei Oszillatorperioden gelegentlich
erhöht
oder verringert werden kann, um den lokalen Takt 36 gemäß den Ergebnissen
der Berechnung der Differenz zwischen dem Zeitstempel 50 und
dem in dem Zeitstempel-Latch 38 gehaltenen Zeitwert effektiv
zu beschleunigen oder zu verlangsamen.
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Die
Knoten 12 und 14 können eine beliebige Art Knoten
in dem verteilten System 10 sein. Beispielsweise kann ein
beliebiger oder können
beide der Knoten 12 und 14 ein Sensorknoten oder
ein Betätigungsknoten
oder ein Anwendungssteuerungsknoten oder eine Kombination derselben
in einem verteilten Steuersystem sein. Ein beliebiger oder beliebige
der Knoten 12 und 14 können ein Computersystem, z.
B. ein Personal-Computer, sein.
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Die
Kommunikationsverknüpfung 40 kann mit
einem oder mehreren einer Vielzahl von Kommunikationsmechanismen
implementiert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsverknüpfung 40 ein
Ethernet-Kommunikationsnetzwerk. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
ist die Kommunikationsverknüpfung 40 ein
LonTalk-Feldebene-Steuerbus, der für die Prozesssteuerumgebung spezialisiert
ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann
die Kommunikationsverknüpfung 40 mit
Zeitvielfachzugriffs-Protokollen (TDMA-Protokollen, TDMA = time
division multiple access) oder Token-Ring-Protokollen implementiert sein, um nur
einige wenige Möglichkeiten
zu nennen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der UTP 52 ein Rahmen-Beginn-Begrenzer (SOF-Begrenzer, SOF
= start of frame), der das Ende eines Präambelabschnitts des Pakets 18 markiert.
Der SOF-Begrenzer ist ein vordefiniertes Bitmuster, das von dem
jeweiligen Kommunikationsprotokoll, das bei der Kommunikationsverknüpfung 40 verwendet
wird, abhängt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist der TDP-Begrenzer 54 eine eindeutige Gruppenadresse, die
für Zeitgebungsdatenpakete
bestimmt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen
sind Zeitgebungsdatenpakete durch Mechanismen wie z. B. abweichende
Trägerfrequenzen,
Codierverfahren oder Übertragungspfade
von den Trägerfrequenzen,
Codierverfahren oder Übertragungspfaden,
die durch andere Pakete verwendet werden, begrenzt.
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Die
physische Schnittstelle 30 umfasst eine Phasenregelschleifenschaltung
und kann ferner eine Unterdrückungsschaltung
umfassen, von denen jede einen Jitter in den durch die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 empfangenen
wiedergewonnenen Signalen 60 bewirken kann. Dieser Jitter
kann Ungenauigkeiten bei der erfassten Zeit des UTP 52 durch
die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 bewirken, was die
Gesamtgenauigkeit der Synchronisierung zwischen den lokalen Takten 22 und 36,
die mittels der obigen Technik erhalten werden kann, verringern kann.
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Ein
Verfahren zum Verringern der negativen Auswirkungen von Jitter,
der durch die physische Schnittstelle 30 bewirkt wird,
besteht darin, die Differenzen, die zwischen dem Zeitwert in dem
Zeitstempel-Latch 38 und dem Zeitstempel 50 für eine Anzahl von
Paaren aus Zeitgebungsdatenpaketen und entsprechenden Nachfolgepaketen
berechnet wird, zu mitteln. Dieser berechnete Mittelwert kann anschließend dazu
verwendet werden, den lokalen Takt 36 einzustellen.
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Beispielsweise
kann die Zeitpaketerkennungseinrichtung 20 einmal pro Sekunde
ein Zeitgebungsdatenpaket zusammen mit einem entsprechenden Nachfolgepaket
erzeugen. Die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 zwischenspeichert
einen Zeitwert von dem lokalen Takt 36 auf ein Erfassen
jedes UTP der empfangenen Zeitgebungsdatenpakete hin und berechnet
anschließend
eine Differenz zwischen dem zwischengespeicherten Zeitwert und dem in
dem entsprechenden Nachfolgepaket enthaltenen Zeitstempel. Diese
Differenzen werden anschließend für z. B. 10 Zeitgebungsdatenpakete
gemittelt, und das gemittelte Ergebnis wird anschließend dazu
verwendet, den lokalen Takt 36 einzustellen. Das Mitteln kann
durch die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 oder durch
einen dem Protokollstapel 34 zugeordneten Prozessor durchgeführt werden.
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Diese
Mittelungstechnik kann ferner verwendet werden, wenn zwischen den
Knoten 12 und 14 Repeater oder Netzübergänge oder ähnliche
Kommunikationsvorrichtungen vorgesehen sind. Das Mitteln verringert
die Auswirkungen eines Jitters, der mit diesen Arten von dazwischenliegenden
Kommunikationsvorrichtungen verbunden ist.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der physischen Schnittstelle 30, die eine UTP-Erfassungsschaltung 74 umfasst,
die die Genauigkeit bei der Synchronisierung der lokalen Takte 22 und 36 verbessert,
indem sie Jitter bei der Erfassung des UTP 52 verringert.
Die Empfangsseite der physischen Schnittstelle 30 umfasst
eine Kopplungsschaltung 70 wie z. B. einen Transformator,
eine Signalkonditionierungsschaltung 72, eine Phasenregelschleifenschaltung
(PLL-Schaltung,
PLL = phase lock loop) 76 und eine Decodierschaltung 78.
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Die
PLL-Schaltung 76 empfängt
einen ankommenden Rohbitstrom 64 von der Signalkonditionierungsschaltung 72 und
erzeugt das wiedergewonnene Taktsignal der wiedergewonnenen Signale 60. Die
Decodierschaltung 78 verwendet das wiedergewonnene Taktsignal,
um den wiedergewonnenen Bitstrom der wiedergewonnenen Signale 60 zu
erhalten. Der wiedergewonnene Bitstrom ist phasengleich mit einem
lokalen Oszillator der physischen Schnittstelle 30, und
dieser lokale Oszillator driftet normalerweise bezüglich der
Phase des lokalen Oszillators in der physischen Schnittstelle 24.
Diese Phasenvariation kann in dem Erfassungspunkt des UTP 52 Jitter hervorrufen,
wenn die wiedergewonnenen Signale 60 dazu verwendet werden,
den UTP 52 zu erfassen.
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Stattdessen
erfasst die UTP-Erfassungsschaltung 74 den UTP 52 aus
dem ankommenden Rohbitstrom 64 und eliminiert dadurch den
mit den wiedergewonnenen Signalen 60 verbundenen Jitter. Die
UTP-Erfassungsschaltung 74 liefert der Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 ein
UTP-Erfassungssignal 62, was dieselbe veranlasst, einen
Zeitwert aus dem lokalen Takt 36 zwischenzuspeichern, wenn
der UTP 52 erfasst wird.
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3 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der physischen Schnittstelle 30, die eine Phasenfehlermessschaltung 80 umfasst,
die die Genauigkeit bei der Synchronisierung der lokalen Takte 22 und 36 verbessert,
indem sie Jitter bei der Erfassung des UTP 52 verringert.
Die Phasenfehlermessschaltung 80 misst die Phasendifferenz
zwischen dem ankommenden Rohbitstrom 64 und den wiedergewonnenen
Signalen 60. Die Phasenfehlermessschaltung 80 versorgt
die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 mit einem Phasenfehlersignal 66,
das die Phasendifferenz angibt. Die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 verwendet
das Phasenfehlersignal 66 anschließend dazu, die Zeit, zu der
sie den UTP 52 erfasst, zu korrigieren.
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Die
Phasenfehlermessschaltung 80 kann mit einer Schaltung implementiert
sein, die einen Puls auslöst,
indem sie Schwellpegel des ankommenden Rohbitstroms 64 erfasst.
Die Phase dieses ausgelösten
Pulses wird anschließend
mit der Phase der wiedergewonnenen Signale 60 verglichen.
Alternativ kann die Phasenfehlermessschaltung 80 einen Mischer
umfassen, der den Phasenfehler misst.
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4 zeigt
ein verteiltes System 100, bei dem die Knoten 12 und 14 mit
verschiedenen Kommunikationsverknüpfungen, der Kommunikationsverknüpfung 40 bzw.
einer Kommunikationsverknüpfung 102,
gekoppelt sind. Eine Kommunikationsvorrichtung 104 sorgt
für eine
Kommunikation zwischen Knoten, die mit der Kommunikationsverknüpfung 40 verbunden
sind, und Knoten, die mit der Kommunikationsverknüpfung 102 verbunden
sind. Die Kommunikationsvorrichtung 104 empfängt Zeitgebungsdatenpakete
und Nachfolgepakete und andere Pakete von dem Knoten 12 über die
Kommunikationsverknüpfung 40 und
transferiert sie über
die Kommunikationsverknüpfung 102 an
den Knoten 14. Die Kommunikationsvorrichtung 104 kann
ein Repeater oder ein Schaltnetzknoten oder ein Netzübergang
oder eine andere, ähnliche
Art Vorrichtung sein.
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Die
Kommunikationsvorrichtung 104 bewirkt beim Transfer jedes
Pakets von der Kommunikationsverknüpfung 40 an die Kommunikationsverknüpfung 102,
einschließlich
der Zeitgebungsdatenpakete, eine Verzögerung. Das Ausmaß der Verzögerung variiert
je nach der Implementierung der Kommunikationsvorrichtung 104 und
je nach Netzwerkbelastungsfaktoren. Wenn die Kommunikationsvorrichtung 104 beispielsweise
ein Repeater ist, kann sie eine Phasenregelschleifen- oder Unterdrückungsschaltungsanordnung
enthalten, die eine Verzögerung
bewirkt. Wenn die Kommunikationsvorrichtung 104 ein Netzübergang
ist, kann sie Puffer enthalten, deren Verzögerung von dem Verkehrsaufkommen
abhängt, das
zu einer bestimmten Zeit durch den Netzübergang geroutet bzw. geleitet
wird. Schwankungen bezüglich
dieser Verzögerung
verringern die Genauigkeit der Zeitsynchronisierung zwischen den
lokalen Takten 20 und 36, indem in die Zeiten,
zu denen die UTPs von Zeitgebungspaketdaten durch die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 empfangen
werden, ein Jitter eingebracht wird.
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Ein
Verfahren zum Verringern der Effekte des Jitters, der mit der Kommunikationsvorrichtung 104 verbunden
ist, besteht darin, dass die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 die
empfangenen Zeitgebungsdatenpakete, deren Verzögerung größer ist als eine minimale ermittelte
Verzögerung,
ignoriert. Beispielsweise kann die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 mehrere
Paare von Zeitgebungsdatenpaketen und entsprechenden Nachfolgepaketen
empfangen und entsprechende Unterschiede zwischen der erfassten
UTP-Zeit jedes Zeitgebungsdatenpakets und dem Zeitstempel des entsprechenden
Nachfolgepakets berechnen. Die minimale Differenz sollte die Verzögerung sein,
die der Kommunikationsvorrichtung 104 zugeordnet ist, wenn
deren Puffer leer sind. Der durch die Kommunikationsvorrichtung 104, wenn
ihre Puffer leer sind, bewirkte Jitter und die durch dieselbe bewirkte
Verzögerung
sind wahrscheinlich viel geringer als wenn ihre Puffer aktiv sind.
Die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 ignoriert jegliche
Zeitgebungsdatenpakete, deren Verzögerung beträchtlich größer ist als diese minimale
Verzögerung,
indem sie die entsprechenden zwischengespeicherten lokalen Zeitwerte
verwirft und ansprechend auf die Zeitgebungsdatenpakete, die ignoriert werden,
keinerlei Anpassungen des lokalen Taktes vornimmt. Dies verhindert
Anpassungen an den lokalen Takt 36, die auf übermäßigem Jitter
in der Kommunikationsvorrichtung 104 beruhen.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Kommunikationsvorrichtung 104, die Mechanismen zum
Verringern von durch Jitter bewirkten Zeitsynchronisierungsungenauigkeiten
umfasst. Der von der Kommunikationsverknüpfung 40 zur Kommunikationsverknüpfung 102 verlaufende
Pfad der Kommunikationsvorrichtung 104 umfasst bei diesem
Ausführungsbeispiel
eine Kopplungsschaltung 130, eine Unterdrückungsschaltung 132,
eine Signalkonditionierungsschaltung 134, eine Phasenregelschleifenschaltung
(PLL-Schaltung) 136, einen Weitersendetakt 138 und
eine Präambelregenerierungsschaltung 142.
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Pakete
wie z. B. das Zeitgebungsdatenpaket 18 und das Nachfolgepaket 16 werden
durch die Kopplungsschaltung 130 über die Kommunikationsverknüpfung 40 empfangen.
Nach der Kopplungsschaltung 132 und der Unterdrückungsschaltung 132 empfängt die
PLL-Schaltung 136 einen ankommenden Rohbitstrom 110,
der ein empfangenes Paket trägt.
Die PLL-Schaltung 136 erzeugt ansprechend auf den ankommenden
Rohbitstrom 110 ein wiedergewonnenes Taktsignal 112.
Die Weitersendetaktschaltung 138 verwendet das wiedergewonnene Taktsignal 112,
um ein Weitersendetaktsignal 114 abzuleiten.
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Das
Weitersendetaktsignal 114 umfasst einen durch die PLL-Schaltung 138 bewirkten
Jitter, und dieser Jitter würde
die Genauigkeit der UTP-Erfassung in dem Knoten 14 verringern,
wenn das Weitersendetaktsignal 114 dazu verwendet würde, die Präambelregenerierungsschaltung 142 zu
treiben. Stattdessen wird dieser Jitter durch eine Phasenfehlermessschaltung 144 und
eine Verzögerungsschaltung 140 verringert.
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Die
Phasenfehlermessschaltung 144 misst die Phasendifferenz
zwischen dem ankommenden Rohbitstrom 110 und dem Weitersendetaktsignal 114 und
erzeugt ein Phasenfehlersignal 116, das diese Differenz
angibt. Ansprechend auf das Phasenfehlersignal 116 verzögert die
Verzögerungsschaltung 140 das
Weitersendetaktsignal 114, um dessen Phase auf die Phase
des ankommenden Rohbitstroms 110 auszurichten. Anschließend wird
der Präambelregenerierungsschaltung 142 ein
verzögertes
und phasenausgerichtetes Taktsignal 118 geliefert.
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Die
Präambelregenerierungsschaltung 142 regeneriert
Präambeln
für Pakete,
die von der Kommunikationsverknüpfung 40 an
die Kommunikationsverknüpfung 102 weitergeleitet
werden. Die Präambelregenerierungsschaltung 142 leitet
auch den Bitstrom für
empfangene Pakete an die Kommunikationsverknüpfung 102 weiter.
Die Präambel
und der weitergeleitete Paketbitstrom werden auf die Phase des Taktsignals 118 ausgerichtet.
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6 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Kommunikationsvorrichtung 104, das Mechanismen zum
Verringern von durch Jitter bewirkten Zeitsynchronisierungsungenauigkeiten
umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Ausgang der Präambelregenerierungsschaltung 142 durch
den Weitersendetakt 114 getaktet und durch eine Ausgangsverzögerungsschaltung 152 verzögert. Der Umfang
der durch die Ausgangsverzögerungsschaltung 152 bewirkten
Verzögerung
wird durch das Phasenfehlersignal 116 gesteuert, so dass
der Ausgang aus der Ausgangsverzögerungsschaltung 152 gleichphasig
mit dem ankommenden Rohbitstrom 110 ausgerichtet wird.
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Die
Ausgangsverzögerungsschaltung 152 kann
beispielsweise mit einer abgegriffenen Verzögerungsleitung implementiert
sein, bei der der Bitstrom von der Präambelgenerierungsschaltung 142 mittels
des Phasenfehlersignals 116 durch die entsprechende abgegriffene
Verzögerungsleitung
gelenkt wird.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Kommunikationsvorrichtung 104, die Mechanismen zum
Messen der in die Kommunikationsvorrichtung 104 eingebrachten
Verzögerung
und zum Weiterleiten der gemessenen Verzögerung an den Knoten 14 in
einem Nachfolgepaket umfasst. Die Kommunikationsvorrichtung 104 umfasst
eine Zeitpaketerkennungseinrichtung 160, die den UTP 52 in
dem ankommenden Rohbitstrom 110 erfasst und die den UTP 52 in
dem Ausgangsbitstrom in der Kommunikationsverknüpfung 102 erfasst.
Die Zeitpaketerkennungseinrichtung 160 erhält einen
Zeitwert von einem lokalen Takt 162, wenn sie den UTP 52 in
dem ankommenden Rohbitstrom 110 erfasst, und erhält einen
Zeitwert von dem lokalen Takt 162, wenn sie den UTP 52 in
der Kommunikationsverknüpfung 102 erfasst.
Die Differenz dieser Zeitwerte ist die Verzögerung, die der Kommunikationsvorrichtung 104 zugeordnet
ist.
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Die
Zeitpaketerkennungseinrichtung 160 erzeugt ein Nachfolgepaket,
das die der Kommunikationsvorrichtung 104 zugeordnete Verzögerung enthält, und
transferiert diese über
die Kommunikationsverknüpfung 102.
Die Zeitpaketerkennungseinrichtung 32 erhält dieses
Nachfolgepaket und verwendet die der Kommunikationsvorrichtung 104 zugeordnete Verzögerung,
um beim Einstellen des lokalen Takts 36 die Differenz zwischen
dem Zeitstempel 50 und dem Zeitwert in dem Zeitstempel-Latch 38 zu
korrigieren.