KR101426325B1 - 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소 - Google Patents

Abstract

패킷-교환 네트워크(1)를 위한 네트워크 요소(3)는, 다른 네트워크 요소들과 동기화 메시지들을 교환하기 위한 복수의 네트워크 포트들(31, 32), 로컬 클록(41, 141), 각 네트워크 포트에 결합되어, 타임스탬프의 생성을 트리거하기 위한 타임스탬프 생성 모듈(36), 및 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능한 동기화 제어 모듈(43, 143)을 포함하고, 상기 제 1 동작 모드로 구성된 상기 동기화 제어 모듈은, 상기 슬레이브 포트를 통해 수신된 상기 동기화 메시지들의 타임스탬프들의 함수로서 상기 로컬 클록의 옵셋을 조절하도록, 적응되고, 상기 제 2 동작 모드로 구성된 상기 동기화 제어 모듈은, 상기 동기화 메시지를 수신하고 송신하는 시간에 얻어진 타임스탬프들의 함수로서 상기 네트워크 요소 내에서 상기 동기화 메시지의 주재 시간을 계산하도록, 적응된다.

Description

패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소{NETWORK ELEMENT FOR A PACKET-SWITCHED NETWORK}

본 발명은 패킷-교환 네트워크들 내에서 클록 동기화의 기술 분야에 관한 것이다.

동기화 제약들, 예컨대 모바일 네트워크의 기지국의 동기화를 요구하는 다양한 애플리케이션을 위해, 패킷-교환 네트워크들 상에서 기준 시간 및/또는 기준 주파수의 분배를 위한 방법이 개발되고 있다. 예컨대, IETF의 네트워크 시간 프로토콜(NTP) 작업 그룹은 RFC 1305에 초기에 규정된 NTP 프로토콜에 대한 업그레이드를 개발하고 있다. IEEE의 정밀 시간 프로토콜(PTP)은 이러한 점을 염두에 두고 개정되었다. ITU-T는, 동기 이더넷으로 불리고, 규격들(G.8261, G.8262 및 G.8264.5)에서 기술된 이더넷 네트워크상에서 기준 주파수의 분배를 위한 물리 계층 기술을 한정하였다.

IEEE 1588V2 프로토콜 또는 정밀 시간 프로토콜 릴리즈 2(PTPV2)는 모바일 네트워크들과 같은 엄격한 애플리케이션들의 콘텍스트 내에서 시간 및 주파수의 분배를 지원하기 위하여 연구되고 있다. 무선 네트워크들 내에서 정확성 요건들은 주파수에 대해 약 50 ppb 및 시간에 대해 약 1 마이크로초이다. 패킷-교환 네트워크들(PSNs)과 시간 분배의 콘텍스트 내에서, IEEE 1588V2 프로토콜의 성능은, 둘 모두 간혹 "네트워크 잡음"으로 언급되는, 패킷 지터와 통신 경로 지연 비대칭에 의해 주로 제한된다. 전자는 패킷 지연 변동들(PDVs)에 관련된다. 후자는 한 방향(예, 마스터로부터 슬레이브로)에서 하나의 PTPV2 메시지의 통신 지연과 다른 방향(예, 슬레이브로부터 마스터로)에서 동일한 시퀀스 번호를 갖는 관련된 PTPV2 메시지의 지연과 비교할 때 그 사이의 차이의 결과이다.

PTPV2 성능은 예측할 수 없는 PSN 배경 트래픽 레벨에 매우 의존적이다. 이들 의존성들을 제거/제어하기 위하여, 투명 클록(TC) 및 경계 클록(BC) 하드웨어 지원이 PTPV2 표준에 도입되었다.

Stefano Ruffini에 의한 "Time and phase Sync noise budget in G.8271"(ITU-초안, 2010)에서, 네트워크의 모든 노드는 경계 클록 및/또는 투명 클록을 구비한다.

A. Magee에 의한 "Synchronization in next-generation mobile backhaul networks"(IEEE 통신 메거진 vol.48, no.10, 2010년)는 그랜드 클록, 경계 및 투명 클록들이 위치하는 중간 노드들, 및 일반 클록들을 포함하는 네트워크를 기술한다. 모든 중간 노드들이 패킷 지연 변동의 영향들을 극복하기 위하여 경계 클록 또는 투명 클록에서 작용할 수 있는 것이 추천된다.

H. Gerstung에 의한 "Synchronizing PTPvl and PVPv2 clients with one common time source"(측정, 제어 및 통신을 위한 정밀 클록 동기화에 대한 국제 IEEE 심포지움, 2008)는, 두 개의 유닛들, 즉 두 개의 IEEE 1588-2002 모듈들을 갖는 경계 클록 모드에서의 하나의 유닛과, 경계 클록 모드 또는 1-단계 및 2-단계 투명 클록 모드에서 동작하도록 구성될 수 있는 두 개의 IEEE 1588-2008 모듈들을 갖는 하나의 유닛을 포함하는 Hirschmann MICE-20 산업 이더넷 스위치를 기술한다.

동기화 제약들, 예컨대 모바일 네트워크의 기지국의 동기화를 요구하는 다양한 애플리케이션을 위해, 패킷-교환 네트워크들 상에서 기준 시간 및/또는 기준 주파수의 분배를 위한 방법이 개발되어야 한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소를 제공하는데, 이러한 네트워크 요소는,

다른 네트워크 요소들과 동기화 메시지들을 교환하기 위한 복수의 네트워크 포트들,

로컬 클록,

네트워크 포트를 통해 동기화 메시지를 송신하거나 수신하는 시간에 로컬 클록에 의한 타임스탬프의 생성을 트리거하기 위하여 각 네트워크 포트에 결합된 타임스탬프 생성 모듈, 및

구성 신호의 함수로서, 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능한 동기화 제어 모듈을 포함하고,

제 1 동작 모드로 구성된 동기화 제어 모듈은,

슬레이브 포트로서 제 1 네트워크 포트를 그리고 마스터 포트로서 제 2 네트워크 포트를 선택하고,

슬레이브 포트를 통해 수신된 동기화 메시지들의 타임스탬프들의 함수로서 로컬 클록의 옵셋을 조절하고, 및

조절된 로컬 클록을 통해 얻어진 타임스탬프들을 포함하는 동기화 메시지들을 마스터 포트를 통해 송신하도록, 적응되고,

제 2 동작 모드로 구성된 동기화 제어 모듈은,

제 1 네트워크 포트를 통해 수신된 동기화 메시지를 제 2 네트워크 포트로 전달하고,

동기화 메시지를 제 2 네트워크 포트를 통해 송신하고, 및

동기화 메시지를 수신하고 송신하는 시간에 얻어진 타임스탬프들의 함수로서 네트워크 요소 내에서 동기화 메시지의 주재 시간을 계산하도록, 적응된다.

실시예들에 따라, 이러한 네트워크 요소들은 아래의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는 네트워크 관리자로부터 구성 신호를 수신하기 위한 관리 인터페이스를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는 동기화 메시지 내의 시그널링 객체로서 구성 신호를 검출하기 위한 검출 모듈을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 동기화 제어 모듈은 동기화 메시지 내에 포함된 시그널링 객체의 함수로서 제 1 동작 모드 또는 제 2 동작 모드에 따라 동기화 메시지를 처리한다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는 PTPV2 관리 메시지 내의 그랜드 마스터 클록으로부터 구성 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 구비한다.

일 실시예에 있어서, 구성 신호는 제 1 동작 모드에서 클록 제어 모듈을 구성하기 위한 제 1 값과 제 2 동작 모드에서 클록 제어 모듈을 구성하기 위한 제 2 값을 취하는 불 파라미터를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 로컬 클록은,

로컬 발진기,

로컬 발진기에 의해 증분되고, 제 1 동작 모드 내의 동기화 제어 모듈에 의해 조절되도록 적응되는 제 1 카운터와, 로컬 발진기에 의해 증분되는 제 2 카운터를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 제 2 동작 모드 내의 동기화 제어 모듈은 동기화 메시지를 수신하고 송신하는 시간들에서 제 2 카운터의 함수로서 동기화 메시지의 주재 시간을 계산하도록 적응된다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는,

제 2 로컬 클록과,

제 2 구성 신호의 함수로서 제 1 동작 모드 또는 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능한 제 2 동기화 제어 모듈을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 제 1 동기화 제어 모듈은 제 1 동작 모드로 구성되고, 제 2 동기화 제어 모듈은 제 2 동작 모드로 구성된다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는 보호 모듈을 더 포함하고, 보호 모듈은,

제 1 동작 모드로 구성된 제 1 동기화 제어 모듈의 고장 조건을 검출하고,

고장 조건에 따라 제 2 동기화 제어 모듈을 제 1 동작 모드로 구성하여, 제 2 로컬 클록의 옵셋 조절을 재개하도록, 적응된다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는, 제 2 로컬 클록에 의해 생성된 타임스탬프들을, 패킷 흐름이 겪는 엔드-투-엔드 지연을 추정하도록 적응된 애플리케이션에 전달하기 위한 애플리케이션 인터페이스를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 동기화 메시지들은 IETF 네트워크 시간 프로토콜 또는 IEEE 정밀 시간 프로토콜에 따라 교환된다.

일 실시예에 있어서, 네트워크 요소는 네트워크 포트에 결합되고, 로컬 클록을 네트워크 포트에서 수신된 동기 물리 계층 신호와 동기를 맞추도록 적응된 물리 계층 모듈을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 물리 계층 신호는 동기 이더넷 표준에 따라 생성된다.

본 발명의 양상들은 패킷-교환 네트워크들 내에서 시간의 분배를 위한 유연한 동작들을 제공하는 네트워크 요소를 공급하는 사상에 기초한다.

본 발명의 양상들은 PTPV2 경계 클록 또는 PTPV2 투명 클록으로서 동작할 수 있는 구성 가능한 디바이스를 구현하는 사상에 기초한다.

본 발명의 양상들은, PTPV2 TCs 및 PTPV2 BCs가 일부 강한 유사성을 나타내고, 따라서 구현 비용을 줄이기 위하여 일부 공유된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다는 관찰로부터 유래된다. 특히, PTPV2 설비들이 모두 포트 레벨에서 하드웨어-보조 시간 스탬핑, 포트 레벨에서 SYNC, DELAY_REQ, 등과 같은 이벤트 메시지들의 생성, 및 PTPV2 포트들의 시간 동기화의 특징을 이루는 것이 관찰된다.

본 발명의 이들 및 다른 양상들은 도면들을 참조로 예시를 통해 이하에서 기술된 실시예들로부터 자명해질 것이고, 이들을 참조로 명확해질 것이다.

도 1은 PTPV2에 따라 만들어진 투명 클록들 및 경계 클록들을 통해 시간 기준이 네트워크 요소들에 분배되는 패킷-교환 네트워크의 기능을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 네트워크에서 사용될 수 있는 네트워크 요소의 기능을 나타내는 도면.
도 3은 도 2의 네트워크 요소에서 사용될 수 있는 로컬 클록의 일 실시예의 기능을 나타내는 도면.
도 4는 다른 실시예에 따른 네트워크 요소의 기능을 나타내는 도면.

패킷-교환 네트워크 내에서 시간 기준과 주파수 기준을 분배하기 위한 방법들 및 디바이스들이 PTPV2 프로토콜의 콘텍스트 내에서 이제 기술될 것이다. 본 발명은 그러한 특정 콘텍스트로 국한되지 않고, 유사한 특징들을 갖는 다른 동기화 프로토콜들와 함께 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 패킷-교환 네트워크(1)는 링크들로 연결된 네트워크 요소들을 포함한다. 네트워크 요소들은 네트워크(1) 내에서 사용된 프로토콜 스택에 따라, IP 라우터들, 이더넷 스위치들, 등을 포함할 수 있다. 네트워크 요소(11)에 연결된 그랜드 마스터(GM) 클록(2)은 네트워크(1)에 연결된 다른 네트워크 요소들(21, 22, 23, 24) 내에 배치된 복수의 클록들에 분배될 시간 기준을 생성하는데 도움이 된다. GM 클록(2)은 범지구 위치측정 시스템 등과 같은 상당히 안정된 소스와 동기가 맞춰진다. 다른 GM 클록(3)은 여분 및 고장 보호를 위해 제공된다.

네트워크(1) 내에서, GM 클록(2)과 경계 클록(24) 사이의 동기화 경로가 화살표(5)에 의해 도시된다. 도시된 바와 같이, 네트워크 요소들(11 및 13)과 같은 네트워크(1)의 일부 네트워크 요소들은 투명 클록으로 작용하는 로컬 클록을 구비하는 반면, 네트워크 요소(14)와 같은 다른 네트워크 요소들은 PTPV2 로컬 클록을 구비하지 않는다.

PTPV2 표준 내의 투명 클록의 동작이 이제 간략히 회상될 것이다. 두 가지 유형들의 투명 클록들이 엔드-투-엔드 투명 클록들(E2E TC) 및 피어-투-피어 투명 클록들(P2P TC)로서 한정되었다. 엔드-투-엔드 투명 클록은 E2E TC를 구비한 네트워크 요소의 전환 지연 또는 주재 시간을 측정하고 정정하는 것을 목표로 한다. 피어-투-피어 투명 클록(P2P PC)은 네트워크 요소 내에서 링크 지연 및 주재 시간 모두를 측정 및 정정하는 것을 목표로 한다. 일정한 패킷 지연을 나타내는 링크들에 대해, 전체 링크 지연은, E2E TC들이 충분하도록, 슬레이브 클록 또는 마스터 클록의 레벨에서 제공될 수 있다.

E2E TC는 관련된 네트워크 요소 내에서 이벤트 메시지(예, SYNC 메시지)가 겪는 주재 시간을 국부적으로 측정하고, 이를 이벤트 메시지의 "정정 필드"에 점증적으로 부가한다. 간략히, 투명 클록들은 네트워크 요소들을 가로지르면서 PTPV2 패킷들이 겪는 지연을 측정할 수 있다.

PTPV2 표준 내에서 경계 클록의 동작들이 이제 간략히 회상될 것이다.

경계 클록들은 큰 동기화 네트워크를, PDV들이 특정 경계들 내에서 설계 및/또는 제어될 수 있는 작은 영역들로 분할할 수 있다. BC는, 기준 시간 또는 주파수를 동기화 계층의 다음 영역으로 분배하기 전에 기준 시간 또는 주파수를 가능한 정확하게 회복하기 위한 수단으로서 작용한다.

경계 클록들은 표준 네트워크 스위치들 또는 라우터들의 위치에 참가하도록 PTP 시스템 내에서 한정된다. 경계 클록들은, 각 포트가 별도의 PTP 통신 경로에 대한 액세스를 제공하는 하나보다 많은 PTP 포트를 갖는 PTP 클록들로서 한정된다. 경계 클록은 모든 PTP 메시지들을 가로채 처리하고, 모든 다른 네트워크 트래픽을 통과시키는 별도의 PTP 도메인들 사이의 인터페이스로서 작용한다. BMC 알고리즘은 임의의 포트가 볼 수 있는 최상의 클록을 선택하기 위하여 경계 클록에 의해 사용된다. 선택된 포트는 슬레이브로서 설정되고, 경계 클록들의 모든 다른 포트들은 그들의 도메인에 대한 마스터로서 주장된다.

경계 클록들의 주요 기능들은,

- PTP 메시지들을 가로챔으로써 PTP 도메인들을 서술하는 것,

- 전형적으로 라우터들 및 유사한 디바이스들에 의해 생성된 지연 변동들을 제한하기 위한 재생성 포인트들을 제공하는 것,

- 한 포인트의 시간을 다중 포인트 모드로 분배하는 것, 및

- 예컨대, 상이한 네트워크 계층들에 의존하는 프로토콜들 사이에서 적응 기능들을 제공함으로써, 이종 네트워크들을 가로질러 PTPV2 클록들의 동기화를 보장하는 것을 포함한다.

도 1의 네트워크(1)에서 사용된 바와 같이, 경계 클록(24)은 네트워크 요소(13)에 연결된 슬레이브 포트와, 예컨대 일반 클록들을 포함하는 네트워크 요소들(21 및 22)에 연결된 두 개의 마스터 포트들을 구비한다. 따라서, BC(24)는 일반 클록들과 동기화하기 위하여 GM 클록(2)으로부터의 제 1 PTP 흐름을 종결하고, 동일한 시간 기준을 분배하기 위하여 일반 클록들(21 및 22)을 향한 제 2 PTP 흐름을 생성한다.

도 2를 참조하면, 구성의 기능으로 E2E TC로서, 또는 BC로서 동작하도록 적응된 네트워크 요소(30)의 일 실시예가 이제 기술될 것이다. 네트워크 요소(30)는 도시된 TCs 및 BCs 모두를 구현하기 위하여 네트워크(1) 내에서 사용될 수 있다.

도 2에서 개략적으로 표현된 구성 가능한 네트워크 요소(30)는, 네트워크 포트들(39)을 구현하는 복수의 라인 카드들(31, 32), 라인 카드들(31, 32)을 네트워크 포트들 사이의 전달 패킷 트래픽에 상호 연결하는 이더넷 스위치와 같은 스위치 구성(33), 및 로컬 클록(41)을 포함하는 동기화 카드(40)를 포함한다.

네트워크 포트들은 임의의 수로 제공될 수 있다. 단순화의 이유로 오로지 두 개의 라인 카드들(31 및 32)이 도 2의 실시예에 도시되었다. 도시된 라인 카드들(31 및 32)은 양방성이다. 단방향성 라인 카드들이 동일한 방식으로 배치될 수 있다.

각 라인 카드들(31 및 32)에서, 물리적인 계층 모듈(34)은 광학 또는 전기 링크들과 같은 대응하는 양방향 링크(35)에서 구현되는 물리적인 계층의 특징들에 따라 신호들을 송신 및 수신하도록 적응된다. 타임스탬프 캡쳐 모듈(36)은, 관련 분야에서 알려진 방식으로, PTP 메시지가 네트워크 포트(39)를 통해 송신 또는 수신될 때 바로 그 순간에 로컬 시간을 측정하기 위하여, 화살표(38)로 표시된 바와 같이 동기화 카드(40)와 협력한다. MAC 모듈(37)은 이더넷과 같은 네트워크에서 구현된 링크 계층의 특징들에 따라 데이터 프레임을 처리하도록 적응된다.

스위치 구성(33)은 패킷-교환 네트워크들의 기술에서 알려진 바와 같이, 패킷들 내에 포함된 어드레스지정 정보의 함수로서 네트워크 포트들(39) 사이에서 일반 트래픽을 전달한다. PTPV2 메시지들로서 식별된 패킷들은 화살표(42)로 도시된 바와 같이 PTPV2 프로토콜에 따라 처리되도록 동기화 카드(40)로 전달된다.

동기화 카드(40)는 PTPV2 프로토콜에 제공된 주된 기능들을 구현하는 동기화 제어 모듈(43)을 포함한다. 동기화 제어 모듈(43)과 그 기능 모듈들은 메모리 모듈 내에 저장된 PTPV2 소프트웨어로 프로그램된 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 기능 모듈들은 SYNC, FOLLOW_UP, DELAY_REQ, DELAY_RESP, 등과 같은, PTPV2에 제공된 모든 유형들의 메시지들을 생성 및 디코딩하도록 적응된 메시지 엔진(44)을 포함한다. BMCA 모듈(45)은 알려진 방식으로 클록 데이터 세트들의 함수로서 포트들의 상태를 선택하기 위한 최상의 마스터 클록 알고리즘을 구현한다. BMCA 모듈(45)은 또한 PTP 도메인 내에서 로컬 클록 특성들을 공표하기 위한 데이터 세트를 생성한다. 주재 시간 계산 모듈(46)은 투명 클록 처리가 수행될 때 네트워크 요소(30) 내에서 패킷들의 주재 시간을 계산하도록 작용한다. 패킷 필터링 모듈(47)은 경계 클록 처리가 수행될 때 로컬 클록(41)의 옵셋을 조절하기 위하여 슬레이브 포트를 통해 수신된 PTP 메시지들의 타임 스탬프들을 처리하도록 작용한다.

선택적으로, 동조 모듈(48)은, 화살표(49)에 의해 도시된 바와 같이, 로컬 클록(41) 내에서 동기 이더넷과 같은 동기 물리 계층을 사용하는 외부 주파수 기준 소스에 고정되도록 제공될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 동기화 제어 모듈(43)은 구성 상태의 함수와는 상이하게 동작하여, PTPV2 경계 클록의 함수들 또는 PTPV2 투명 클록의 함수들을 제공한다. 동기화 제어 모듈(43)의 동작들은 PTP 흐름들을 처리하는 콘텍스트 내에서 각 구성 상태에 대해 이제 간략히 기술될 것인데, 이러한 PTP 흐름들을 위해 라인 카드(31)는 입력 포트를 제공하고, 라인 카드(32)는 출력 포트를 제공한다. 모듈들(45 및 47)은 TC 모드에서 비활성으로 유지된다. 모듈(46)은 BC 모드에서 비활성으로 유지된다.

TC 동작 모드에 있어서, 동기화 제어 모듈(43)은 입력 포트를 통해 PTP 이벤트 메시지를 수신할 때 필수적으로 다음의 동작들을 수행한다:

- 로컬 클록(41)을 통해 측정된 메시지 수신 시간을 포착,

- 로컬 클록(41)을 통해 측정된 메시지 송신 시간을 포착,

- 송신 시간과 수신 시간 사이의 차이로서 메시지 주재 시간을 계산,

- 정정 필드를 갱신하기 위하여 PTP 메시지 헤더를 수정.

BC 동작 모드에 있어서, 동기화 제어 모듈(43)은 슬레이브 포트를 통해 PTP 이벤트 메시지를 수신할 때 필수적으로 다음의 동작들을 수행한다:

- 로컬 클록(41)을 통해 측정된 메시지 수신 시간을 포착,

- 마스터 클록에 대해 로컬 클록의 옵셋 추정을 갱신하기 위하여 메시지 내에 포함된 타임 스탬프를 처리,

- 옵셋 추정이 조절 조건을 충족하면, 새로 추정된 옵셋의 함수로서 로컬 클록을 조절,

- 마스터 포트(들)를 통해 송신될 밖으로 나가는 PTPV2 메시지들을 생성,

- 밖으로 나가는 PTPV2 메시지들의 송신 시간을 포착, 및 PTP 메시지 페이로드의 PTPV2 원래의 타임 스탬프 내에 송신 시간을 기록.

간략히, 주재 시간 정보는 TC 동작 모드에서 밖으로 나가는 PTPV2 메시지 헤드 내에 기록되는 반면, 송신 시간 정보는 BC 동작 모드에서 밖으로 나가는 PTPV2 메시지 페이로드에 기록된다.

2가지 상이한 유형들의 타임스탬핑 방법들은 각 동작 모드에서 1 단계 또는 2 단계로 사용될 수 있다. 1-단계 클록들은 진행 중에 이벤트 메시지들(SYNC 및 DELAY-REQUEST) 내에서 시간 정보를 갱신하는 반면, 2-단계 클록들은 일반 메시지들(추적 및 지연 응답)에서 패킷들의 정확한 타임 스탬프들을 운반한다. 1-단계 엔드-투-엔드 투명 클록은 sync 및 지연-요청 메시지들 내에서 이들이 네트워크 요소를 통과할 때 주재 시간을 갱신하는 반면, 2-단계 투명 클록은 비 시간-임계의 일반 메시지 내의 필드를 갱신한다. 1-단계 방법을 위해 더 강한 하드웨어 제약들이 존재한다.

BC 모드 및 TC 모드 중 선택된 동작 모드에서 동작하도록 동기화 카드(40)를 구성하는 방법들을 이제 기술할 것이다.

정적인 또는 약하게 동적인 방식으로 구성 상태들을 구축하도록 적응된 제 1 실시예에 있어서, 네트워크 관리 평면은 동기화 카드(40)를 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 동기화 카드(40)는 관리 스테이션(50)으로부터, 예컨대 네트워크의 동기화 관리자 또는 네트워크 관리자로부터 구성 신호를 수신하기 위하여 화살표(51)에 의해 기호화된 관리 인터페이스를 포함한다. 단순한 네트워크 관리 프로토콜(SNMP)은 특정 객체들을 사용하는 네트워크 요소(30)와 관리 스테이션(50) 사이의 통신 프로토콜로서 작용할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 구성 신호는 다음과 같은 미리 한정된 의미를 갖는 불 파라미터(PTP_Clock_Config)로서 구현될 수 있다.

- PTP_Clock_Config = 1은 동기화 카드(40)가 BC 모드에서 동작하도록 야기하고,

PTP_Clock_Config = 0은 동기화 카드(40)가 TC 모드에서 동작하도록 야기한다.

더 동적인 방식으로 구성 상태들을 구축하도록 적응된 추가 실시예에 있어서, 동기화 카드(40)는 패킷-교환 네트워크의 제어 평면에 의해 구성된다. 이에 관해 수 개의 선택사항들이 존재한다.

제 2 실시예에 있어서, TC 모드/BC 모드 선택은 PTPV2 시그널링에 의해 행해진다. 그 때문에, 라인 카드들(31 및 32)은, PTPV2 메시지 내의 미리 한정된 구성 신호를 식별하고, 이에 따라 동기화 카드(40)의 구성을 트리거하도록 적응된 클록 모드 포착 모듈(52)을 구비할 수 있다. SYNC 또는 ANNOUNCE 메시지들은 구성 신호를 전달하도록 작용한다.

대응하는 구성 신호로서 작용하도록, TLV(유형 길이 값 필드) 의미론을 따르는 특정 PTPV2 필드가 제공될 수 있다. 이러한 TLV의 목적은 동기화 카드(40)의 동작 모드를 설정하기 위하여 필요한 구성 파라미터를, 예컨대 상술된 불 파라미터를 전달하기 위한 것이다.

이러한 제 2 실시예에 있어서, 구성 신호를 전달하는 시그널링 메시지가 구성하도록 의도된 네트워크 요소에 실제 도달할 수 있도록 주의해야 한다. 특히, 만약 중간 BC가, PTP 시그널링 메시지의 소스 예컨대 GM 클록(2)과, 구성 가능한 네트워크 요소(30) 사이에 놓이면, PTPV2 시그널링은 타깃 노드에 도달하기 전에 중간 BC에서 정상적으로 종료된다. 일 실시예에 있어서, 이러한 문제점은 특정 노드에 대한 수신된 구성 신호를 검출하고, BC에 의해 타깃 노드를 향해 아래로 발신된 새로운 PTPV2 메시지들 내에서 그러한 구성 신호를 반복하도록, BC들을 프로그래밍함으로써 해결된다. 이러한 실시예는 타깃화된 노드의 네트워크 어드레스가 구성 신호에, 예컨대 상술된 TLV 필드 내에 부착되는 것을 필요로 한다. 확장으로서, TLV 필드는, 최소 수의 PTPV2 메시지들을 통해 다수의 노드들 내에서 동작 모드 교환을 트리거하기 위하여, 다수의 네트워크 어드레스들 및 대응하는 구성 신호들의 연결을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 예컨대 그랜드마스터 클록(2)에 의해 송신된 PTPV2 관리 메시지들의 사용은 이들 메시지들이 BC들에 의해 종료되지 않기 때문에 엔드-투-엔드 시그널링 문제점을 해결한다.

제 3 실시예에 있어서, IP 제어 평면의 다른 메시지들은 클록 구성 정보, 예컨대 추적경로 명령 또는 RSVP 시그널링을 수행하기 위하여 사용된다. 이러한 실시예는, PTPV2 구성 가능한 클록들이 클록 구성 정보를 수신하도록, 네트워크 제어 평면과 PTPV2 평면 사이의 상호작용 기능에 의존한다. 이러한 정보는 제 2 실시예와 유사한 방식으로 TLV 확장들에 삽입될 수 있다.

모든 세 가지 구성 방법들에 있어서, BC로서 또는 TC로서 동작 가능한 구성 가능한 네트워크 요소(30)는 동기화 및 서비스들에 관해 네트워크 운영자들의 요구들에 따라 유연하게 구성될 수 있다.

IEEE1588V2 프로토콜 또는 유사한 프로토콜들에 의한 시간 분배를 위하여, 구성 신호의 함수로서 BC 또는 TC로 동작할 수 있는 상술한 구성 가능 네트워크 요소(30)는 네트워크 운영자들을 위한 전개의 범용성 및 용이성과 같은 이점들을 제공한다. 이것은 BC 지원 및 TC 지원의 강도를 유연한 방식으로 유지하면서, 네트워크 내에서 PTPV2 지원의 유연한 구성을 허용한다.

상이한 디바이스들로서 TCs 및 BCs의 구현과 비교하여, 구성 가능한 네트워크 요소는 또한 구성요소들 및 여분의 구성요소들의 재고품을 감소시킬 수 있게 한다.

도 3을 참조하면, 동기화 카드의 다른 실시예가 이제 기술될 것이다. 도 2의 것들과 동일하거나 유사한 요소들은 100이 증가된 동일한 번호로 참조된다.

동기화 카드(140)에 있어서, 로컬 클록(141)은 로컬 발진기(55)와 두 개의 카운터들(56 및 57)을 포함한다. 카운터들(56 및 57)은 화살표(58)로 도시된 바와 같이 로컬 발진기(55)에 의해 증분되어, 이들은 동일한 속도로 진행한다. 그러나, 이들은 상호 옵셋될 수 있다, 즉 상이한 절대값들을 가질 수 있다.

TC 동작들을 위하여, 카운터(56 또는 57)의 절대값은 중요하지 않은데, 왜냐 하면, TC 동작들은 수신 시간과 송신 시간 사이의 지속기간의 계산을 오로지 필요로 하기 때문이다. 카운터(56 또는 57)는 동기화 카드의 BC 동작들을 개선하도록 의도된다. 즉, 카운터(56)는 현재의 로컬 클록 값을 포함하고, 이러한 현재의 로컬 클록 값은 네트워크 요소의 슬레이브 포트에서 수신된 PTP 흐름을 방출하는 마스터 클록에 의해 분배된 기준 시간과 동기를 맞추기 위하여 동기화 제어 모듈(143)에 의해 연속적으로 조절된다. 카운터(57)는 특히 카운터(56)의 옵셋이 정정 또는 조절될 수 있는 시간의 기간에 걸쳐, PTP 패킷들의 주재 시간을 계산하도록 의도된다. 그러한 목적으로, 카운터(57)는 발진기에 의해 제공된 시간의 진행을 오로지 따름으로써 모든 시간들에서 선형 방식으로 증분된다.

언급한 바와 같이, BC 동작들은 옵셋 추정이 조절 조건을 충족시킬 때 로컬 클록 옵셋을 조절하는 것을 포함한다. 실제, 조절 조건은 큰 수의 PTP 이벤트 메시지들에 걸쳐 옵셋 추정을 평균화하는 것을 포함하여, 네트워크 조건들의 통계적인 변동들은 로컬 클록의 무질서한 조절들을 초래하지 않는다. 결과적으로, 옵셋 조절 알고리즘의 필터링 윈도우는 전형적인 패킷 주재 시간보다 훨씬 큰 것이 일반적으로 관찰된다.

현재의 클록 카운터(56)는 동기화 카드(140)의 BC 동작들을 수행하도록 작용한다. 동시에, 현재의 클록 카운터(56)는 또한 BC에 관련된 클라이언트 흐름에 속한 PTP 패킷들의 수신 및 송신을 타임스탬핑하도록 작용한다. BC 동작들은 또한 로컬 발진기(55)의 주파수 조절을 포함한다. 그러나, 선형 클록 카운터(57)는, TC 동작들을 위해 의도된 PTP 패킷들의 수신 및 송신을 타임스탬핑하고, 이러한 패킷들의 주재 시간을 계산하기 위하여 현재의 클록 카운터(56) 대신에 사용된다. 즉, 선형 클록 카운터(57)을 통해 PTP 패킷을 타임스탬핑하는 것은 카운터(56)의 비선형 에볼루션에 의해 영향을 받지 않는 패킷의 주재 시간을 정확하게 계산하는 것을 가능케 한다.

이러한 실시예가 동기화 카드(140)로 하여금 단일 로컬 발진기(55)와 동시에 BC 동작들 및 TC 동작들을 제공하는 것을 가능케 하는 것을 인식할 것이다. 그러므로, 동기화 카드(140)의 더 동적인 구성은 예컨대 패킷 기반에 의해 패킷 상에서 가능하게 된다.

대응하는 실시예에 있어서, 동기화 카드(140)는, 로컬 클록(141)의 옵셋 추정을 갱신하거나 또는 경우에 따라 카운터들(46 및 57)을 사용하여 PTP 패킷의 주재 시간을 계산하기 위하여, "TC 처리 플래그"로 태그된 PTP 패킷들 및 "BC 처리 플래그"로 태그된 PTP 패킷들을 식별하고, 의도된 거동에 따라 각 패킷들 처리한다. 다시, 이러한 플래그들은 TLV 객체 내의 불 파라미터로서 제공될 수 있다.

"TC 처리 플래그"로 태그된 패킷들의 주재 시간을 처리하는 것은, 화살표(80)로 표시된 바와 같이 주어진 애플리케이션 흐름이 겪는 엔드-투-엔드 지연을 추정하는 것과 같은, 추가 기능을 제공하도록 작용할 수 있다. 이러한 특징은 특별히 투명 네트워크의 효율적인 구동 및/또는 애플리케이션 흐름들의 효율적인 구성을 허용하여, 예컨대 화상회의, 상호작용 게임들, 인터넷 전화, 등과 같은 실시간 서비스에 대하여, 지연에 관한 애플리케이션 요건들이 충족된다. 이러한 콘텍스트에서, TC 동작들은 패킷-교환 네트워크 내에서 정확한 지연 탐사기를 제공하도록 작용한다.

간략히, 도 3의 실시예를 통해, 네트워크 내에 경계 클록들을, 예컨대 노드당 하나의 BC를 오로지 전개하는 것이 가능하다, 즉 구성 가능한 네트워크 요소들은 BC 동작 모드로 구성되는 것이 가능하다. 여전히, 이러한 BC만의 전개는 또한, 전이 지연들을 측정하도록 적응된 결합한 TC 동작들 때문에, 시간-임계 애플리케이션 트랜스포트를 구동하는 능력을 제공한다. 이러한 특징은 운영자가 독립적인 투명 클록들의 전개를 회피하면서, 실시간 애플리케이션들 및 서비스들의 지연에 관한 요건들을 효율적으로 다룰 수 있게 한다.

수정된 실시예에 있어서, 두 개의 카운터들(56 및 57)은 동일한 로컬 발진기(55)에 의해 구동되는 두 개의 병렬 경계 클록들을 구현하도록 작용한다. 즉, 이러한 BC는 각 BC에 관련된 각 PTP 클라이언트 흐름에 의해 각 GM 클록의 기준 시간에 고정된다.

실시예들에 있어서, 네트워크 요소는 단일 동기화 카드(40 또는 140)를 구비한다. 대조적으로, 도 4는 공유된 스위칭 구성(73), 예컨대 IP 라우터와 협력하는 두 개의 구성 가능한 동기화 카드들(71 및 72)을 구비한 네트워크 요소(70)의 일 실시예를 도시한다. 동기화 카드들(71 및 72)은 위와 같이 TC 동작 모드와 BC 동작 모드 사이에서 구성 가능한 동작들을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 동기화 카드들(71 및 72) 모두 동일하게 구성되어, 이들 중 하나는 작동중인 구성요소로서 작용하고, 다른 하나는 작동중인 구성요소의 고장의 경우 즉시 동작을 담당할 수 있는 백업 구성요소로서 작용한다. 이러한 실시예는 여분을 통한 로컬 보호를 강화한다.

다른 실시예에 있어서, 작동중인 구성요소 예컨대 동기화 카드(71)가 BC 모드로 동작하는 동안, 백업 구성요소 예컨대 동기화 카드(72)는 지연 탐사기로서 작용하도록 TC 모드 상태에 있다. 즉, 백업 동기화 카드(72)가 BC 기능을 위해 사용되지 않는 동안, 실시간 애플리케이션 요건들을 효율적으로 다루기 위하여 사용될 수 있는 전이 지연들을 포착하도록 TC 모드로 구성된다. 동기화 카드(71) 내에서 고장이 발생하자마자, 동기화 카드(72)는 동작들을 담당하기 위하여 BC 모드로 재구성된다. 이러한 실시예는 백업 동기화 카드의 최적화된 사용을 허용한다.

도 4의 실시예에 있어서, 네트워크 요소의 구성은 두 개의 구성 파라미터들, 즉 각 동기화 카드에 대해 하나를 전달하는 시그널링 메시지를 통해 제어될 수 있다. 이들 구성 파라미터들은 상술한 바와 같이 불 파라미터들이 될 수 있다.

도시된 일부 요소들, 특히 다양한 모듈들은 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소들을 사용하여, 독립형 또는 분산된 방식의 다양한 형태들로 구성될 수 있다. 사용될 수 있는 하드웨어 구성요소들은 주문형 집적회로들, 현장-프로그램 가능한 게이트 어레이들, 또는 마이크로프로세서들이다. 소프트웨어 구성요소들은, C, C++, 자바, 또는 VHDL과 같은 다양한 프로그래밍 언어들로 기록될 수 있다. 이러한 목록은 전부 망라한 것은 아니다. 카드들로서 언급된 요소들은 오로지 모듈들의 하나의 가능한 구현을 도시하도록 의도된다. 하나 이상의 물리적인 카드들에 걸친 전자 기능들의 배분은 다양한 방식들로 이루어질 수 있다.

네트워크 관리 시스템은 마이크로컴퓨터, 워크스테이션, 인터넷에 연결된 디바이스, 또는 임의의 다른 전용 또는 범용 통신 디바이스과 같은 하드웨어 디바이스가 될 수 있다. 이러한 시스템에 의해 구동되는 소프트웨어 프로그램들은 네트워크 요소들을 제어하기 위한 네트워크 관리 기능들을 충족시킨다.

본 발명은 기술된 실시예들로 국한되지 않는다. 첨부된 청구항들은, 당업자들에게 발생할 수 있고, 설명된 본 명세서의 기본 가르침 내에 올바르게 포함되는 모든 수정 및 대안적인 구성들을 구현하는 것으로 해석되어야 한다.

"포함한다"라는 용어의 사용은 청구항에서 언급된 것들 이외의 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 더욱이, 단수로 기재된 요소 또는 단계는 복수의 이러한 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

청구항들에서, 괄호 안에 있는 임의의 참조 부호들은 청구항들의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (14)

1. 패킷-교환 네트워크(1)를 위한 네트워크 요소(3)로서,
   다른 네트워크 요소들과 동기화 메시지들을 교환하기 위한 복수의 네트워크 포트들(31, 32),
   로컬 클록(41, 141),
   각 네트워크 포트에 결합되어, 상기 네트워크 포트를 통해 동기화 메시지를 송신하거나 수신하는 시간에 상기 로컬 클록에 의한 타임스탬프의 생성을 트리거하기 위한 타임스탬프 생성 모듈(36), 및
   제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능한 동기화 제어 모듈(43, 143)을 포함하고,
   상기 제 1 동작 모드로 구성된 상기 동기화 제어 모듈은,
   슬레이브 포트로서 제 1 네트워크 포트를 그리고 마스터 포트로서 제 2 네트워크 포트를 선택하고,
   상기 슬레이브 포트를 통해 수신된 상기 동기화 메시지들의 타임스탬프들의 함수로서 상기 로컬 클록의 옵셋을 조절하고, 및
   상기 조절된 로컬 클록을 통해 얻어진 타임스탬프들을 포함하는 동기화 메시지들을 상기 마스터 포트를 통해 송신하도록, 적응되고,
   상기 제 2 동작 모드로 구성된 상기 동기화 제어 모듈은,
   수신된 동기화 메시지를 상기 제 1 네트워크 포트를 통해 상기 제 2 네트워크 포트로 전달하고,
   상기 동기화 메시지를 상기 제 2 네트워크 포트를 통해 송신하고, 및
   상기 동기화 메시지를 수신하고 송신하는 시간에 얻어진 타임스탬프들의 함수로서 상기 네트워크 요소 내에서 상기 동기화 메시지의 주재 시간을 계산하도록, 적응되는,
   패킷-교환 네트워크(1)를 위한 네트워크 요소(3)에 있어서,
   상기 동기화 제어 모듈(43, 143)은 구성 신호의 함수로서 상기 제 1 동작 모드와 상기 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능하고,
   상기 네트워크 요소(30)는 동기화 메시지 내의 시그널링 객체로서 구성 가능한 신호를 검출하기 위한 검출 모듈(52)을 더 포함하고,
   상기 동기화 제어 모듈(43, 143)은 상기 동기화 메시지 내의 포함된 상기 시그널링 객체의 함수로서 상기 제 1 동작 모드 또는 상기 제 2 동작 모드에 따라 동기화 메시지를 처리하는 것을 특징으로 하는,
   패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구성 신호는 제 1 동작 모드에서 클록 제어 모듈을 구성하기 위한 제 1 값과 제 2 동작 모드에서 상기 클록 제어 모듈을 구성하기 위한 제 2 값을 취하는 불 파라미터를 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 로컬 클록(141)은,
   로컬 발진기(55),
   상기 로컬 발진기에 의해 증분되고, 상기 제 1 동작 모드 내의 상기 동기화 제어 모듈에 의해 조절되도록 적응되는 제 1 카운터(56), 및
   상기 로컬 발진기에 의해 증분되는 제 2 카운터(57)를 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제 2 동작 모드 내의 상기 동기화 제어 모듈(143)은, 상기 동기화 메시지를 수신하고 송신하는 시간들에서, 상기 제 2 카운터(57)의 함수로서 동기화 메시지의 주재 시간을 계산하도록 적응되는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
5. 제 1항에 있어서,
   제 2 로컬 클록(72), 및
   제 2 구성 신호의 함수로서 상기 제 1 동작 모드 또는 상기 제 2 동작 모드로 선택적으로 구성 가능한 제 2 동기화 제어 모듈(72)을 더 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
6. 제 5항에 있어서,
   보호 모듈(71,72)을 더 포함하고,
   상기 보호 모듈(71,72)은,
   상기 제 1 동작 모드로 구성된 제 1 동기화 제어 모듈(71)의 고장 조건을 검출하고,
   상기 고장 조건에 따라 제 2 동기화 제어 모듈을 상기 제 1 동작 모드로 구성하여, 상기 제 2 로컬 클록의 옵셋 조절을 재개하도록, 적응되는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 동기화 제어 모듈(71)은 상기 제 1 동작 모드로 구성되고, 상기 제 2 동기화 제어 모듈(72)은 상기 제 2 동작 모드로 구성되는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제 2 로컬 클록에 의해 생성된 타임스탬프들을, 패킷 흐름이 겪는 엔드-투-엔드 지연을 추정하도록 적응된 애플리케이션에 전달하기 위한 애플리케이션 인터페이스(80)를 더 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 동기화 메시지들은 IETF 네트워크 시간 프로토콜 또는 IEEE 정밀 시간 프로토콜에 따라 교환되는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
10. 제 9항에 있어서,
    PTPV2 관리 메시지 내의 그랜드 마스터 클록으로부터 상기 구성 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 더 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
11. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    네트워크 포트(31)에 결합되어, 상기 로컬 클록(41)을 상기 네트워크 포트에서 수신된 동기 물리 계층 신호와 동조시키도록 적응된 물리 계층 모듈(48)을 더 포함하는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 물리 계층 신호는 동기 이더넷 표준에 따라 생성되는, 패킷-교환 네트워크를 위한 네트워크 요소.
13. 패킷-교환 네트워크로서,
    제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 네트워크 요소(30),
    경계 클록으로서 동작하도록 적응된 중간 노드, 및
    동기화 메시지를 생성하도록 적응된 소스 노드(2)를 포함하고,
    상기 동기화 메시지는 상기 구성 신호와, 상기 네트워크 요소의 네트워크 어드레스를 포함하고, 상기 소스 노드는 상기 시그널링 메시지를 상기 중간 노드를 통해 상기 네트워크 요소(30)를 향해 송신하도록 적응되고,
    상기 중간 노드는
    상기 동기화 메시지를 종료하고,
    상기 구성 신호를 검출하고,
    상기 구성 신호를 제 2 동기화 메시지 내에서 반복하고, 상기 제 2 동기화 메시지를 상기 네트워크 요소(30)의 네트워크 어드레스에 송신하도록, 적응되는,
    패킷-교환 네트워크.
14. 삭제

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