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Die Erfindung betrifft eine Lösung, welche eine synchrone Datenübertragung zwischen Endgeräten auch über eine IP-Verbindung beziehungsweise in einem IP-basierten Netzwerk ermöglicht. Sie bezieht sich hierbei sowohl auf die Übertragung von Sprachdaten als auch auf die Übertragung von Nutzdaten, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit dem Versenden eines Faxes oder einer E-Mail oder mit der Nutzung des Internets erfolgt. Gegenstände der Erfindung sind ein entsprechendes Verfahren und ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes System.
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In digitalen Telekommunikationsnetzen, wie dem integrierten Text- und Datennetz (IDN) oder dem heute noch weit verbreitet genutzten Integrated Services Digital Network (ISDN), erfolgt die Übertragung von Daten, einschließlich von Sprachdaten, taktgesteuert. Dabei wird durch die Systeme des entsprechenden Übertragungsnetzwerks eine synchrone Taktversorgung für die an das Netz angekoppelten Endeinrichtungen beziehungsweise Endgeräte zur Verfügung gestellt. An einem Teilnehmeranschluss angeschlossene Endgeräte können hierdurch den Takt aus den Empfangssignalen ableiten und empfangene Signale so ausgeben, wie sie von einem Endgerät an der Gegenstelle ausgesendet wurden. Hierbei wird der Takt der an der Datenübertragung beteiligten ICs der Endgeräte an den Endstellen einer Telekommunikationsverbindung auf den Netztakt synchronisiert.
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Bereits seit einiger Zeit vollzieht sich bei der Telekommunikation ein Übergang von den Übertragungstechniken der eingangs genannten Art hin zu einer grundsätzlich IP-basierten Übertragung. Es erfolgt dabei ein schrittweiser Übergang von Telekommunikationsnetzen, nämlich von unter Nutzung der ISDN-Übertragungstechnik betriebenen Netzwerken zu sogenannten All-IP-Netzwerken beziehungsweise NGN (Next Generation Network), in denen insbesondere auch Sprache IP-basiert (Voice over IP = VoIP) übertragen wird. Durch derartige Netze wird ein Systemtakt nicht mehr zur Verfügung gestellt. Letzteres hat aber auch Auswirkungen auf andere telekommunikative Dienste, welche zur Übertragung von Daten Tonsignale nutzen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Faxübertragung mittels Faxgeräten der Gruppe 3 oder beispielsweise um die Datenübertragung mittels immer noch weit verbreiteter Modems.
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Aufgrund des Fehlens eines Systemtaktes in IP-basierten Netzen der vorgenannten Art sind die Takte in den Endgeräten einer Telekommunikationsverbindung nicht mehr miteinander synchronisiert, was zu Übertragungsfehlern führt. Während bei der Übertragung von Sprache ein gegebenenfalls geringer Taktversatz noch keine größeren Probleme mit sich bringt, kann dies jedoch bei der Faxübertragung oder der Modemübertragung zu sehr starken Beeinträchtigungen führen beziehungsweise dazu, dass entsprechende Dienste beziehungsweise zur Übertragung von Daten verwendete Endgeräte in IP-basierten Netzen überhaupt nicht mehr genutzt werden können.
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In der
US 2010/0020829 A1 wird ein Verfahren beschrieben, mittels welchem empfängerseitig ein bei der Aussendung von Daten über ein IP-Netzwerk genutzter Diensttakt wiederhergestellt werden kann. Das dargestellte Verfahren beruht auf dem Prinzip der adaptiven Wiederherstellung des Systemtaktes. Es geht von einer asynchronen Übertragung der Daten über das IP-Netzwerk aus, wobei der Systemtakt empfängerseitig aus Zeitstempeln berechnet wird, welche den übertragenen Daten bei ihrer Aussendung senderseitig hinzugefügt werden. Durch die beschriebene adaptive Wiederherstellung des Diensttaktes wird in dem IP-Netzwerk auftretender Jitter kompensiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, welche eine synchrone Übertragung von Daten zwischen Endgeräten auch über eine IP-Verbindung beziehungsweise innerhalb von IP-gestützten Netzwerken ermöglicht. Hierzu sind ein Verfahren anzugeben und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein die Aufgabe lösendes, zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System ist durch den ersten Sachanspruch charakterisiert. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche gegeben.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich gemäß der Aufgabe um ein Verfahren zur synchronen Datenübertragung über eine IP-Verbindung, welche zwischen Endgeräten von Teilnehmern zum Zweck der Datenübertragung hergestellt wird. Dabei wird die entsprechende IP-Verbindung über ein NGN, nämlich ein Next Generation Network, hergestellt, welches IP-basiert ist.
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Soweit an dieser Stelle und in den Patentansprüchen von einer Verbindung die Rede ist, meint dies selbstverständlich keine physische Verbindung, da die Datenübertragung in NGN beziehungsweise IP-basierten Netzwerken bekanntlich paketvermittelt erfolgt. Der Begriff Verbindung bezieht sich in diesem Kontext vielmehr darauf, dass zwischen den Daten miteinander austauschenden Endgeräten für die Dauer des Datenaustausches eine Kommunikationsbeziehung besteht. Was die hierbei ausgetauschten Daten anbelangt, kann es sich, wie bereits früher ausgeführt, sowohl um digitale Gesprächsdaten, beispielsweise Daten, die im Zusammenhang mit einer Voice over IP (VoIP) Sprachkommunikation ausgetauscht werden, um Daten einer Faxübertragung, um mediale Daten oder um sonstige digitale Daten handeln.
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Das Verfahren geht davon aus, dass zum Zwecke der Nutzung eines NGN (im Weiteren soll vereinfachend und synonym von einem IP-gestützten oder von einem IP-basierten Netzwerk gesprochen werden) für die Datenübertragung bei jedem an der IP-Verbindung beteiligten Teilnehmer ein IAD, nämlich ein integriertes Zugriffsgerät, angeordnet ist. An dem betreffenden IAD, welcher das IP-gestützte Netzwerk teilnehmerseitig abschließt, wird dabei das von einem jeweiligen Teilnehmer für den Datenaustausch beziehungsweise die Datenübertragung über die IP-Verbindung genutzte Endgerät betrieben.
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Zur Bewerkstelligung einer synchronen Datenübertragung wird erfindungsgemäß von einem einen GPS-Empfänger aufweisenden Taktgeber, mit welchem jeder in die Verbindung einbezogene IAD ausgestattet ist, ein Takt erzeugt. Dieser Takt wird mittels des Taktes des über den GPS-Empfänger empfangenen GPS-Signals stabilisiert. Schließlich wird der in der vorgenannten Weise stabilisierte Takt über den IAD dem jeweiligen für die Datenübertragung genutzten Endgerät über einen dafür vorgesehenen Anschluss des IAD zur Verfügung gestellt. Die Frequenz dieses, durch den Taktgeber erzeugten und dem Endgerät über den IAD bereitgestellten Taktes ist identisch mit der Frequenz der Taktsignale, welche durch die Taktgeber anderer in die Verbindung einbezogener IAD im Rahmen des Verfahrens bereitgestellt werden.
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Das die Aufgabe lösende, zur Durchführung des vorstehend grundsätzlich erläuterten Verfahrens geeignete System zur synchronen Datenübertragung über eine IP-Verbindung umfasst zunächst das bereits angesprochene IP-gestützte Netzwerk (NGN), über welches die IP-Verbindung aufgebaut ist beziehungsweise wird. Ferner umfasst das System je Teilnehmer ein für einen Datenaustausch mit wenigstens einem anderen Teilnehmer genutztes Endgerät sowie einen das IP-gestützte Netzwerk teilnehmerseitig abschließenden IAD. Der IAD weist mindestens einen Anschluss auf, an welchem das zum Datenaustausch über die IP-Verbindung genutzte Endgerät für den Zugriff auf das IP-gestützte Netzwerk betrieben wird.
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Erfindungsgemäß ist der vorgenannte IAD (also der IAD jedes an der IP-Verbindung beteiligten Teilnehmers) mit einem Taktgeber ausgestattet. Dieser Taktgeber weist einen GPS-Empfänger und einen Oszillator auf. Der Oszillator und der GPS-Empfänger sind dabei miteinander derart in eine Wirkverbindung gebracht, dass die Ausgangsfrequenz des Oszillators mittels des Taktes des über den GPS-Empfänger empfangenen GPS-Signals stabilisiert ist. An dem schon erwähnten Anschluss des IAD, an welchem das zum Datenaustausch über die IP-Verbindung genutzte Endgerät betrieben wird, wird ein Ausgangssignal des Taktgebers mit einer der stabilisierten Ausgangsfrequenz seines Oszillators entsprechenden oder mit einer daraus abgeleiteten Frequenz als Synchronisationstakt bereitgestellt. Wie bereits zum Verfahren ausgeführt, ist die Frequenz dieses Synchronisationstaktes identisch mit der des Ausgangssignals der Taktgeber anderer IAD des Systems.
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Gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform des Systems, welche es insbesondere ermöglicht, für die Herstellung von IP-Verbindungen bei den Teilnehmern bereits genutzte technische Einrichtungen nachzurüsten, sie also gewissermaßen für eine synchronisierte IP-basierte Datenübertragung zu ertüchtigen, ist der zuvor angesprochene Taktgeber als eine gegenüber dem IAD separate, aber mit ihm in geeigneter Weise in eine Wirkverbindung zu bringende Einheit ausgebildet. Vorzugsweise ist der Taktgeber hierbei mit einem S0-Anschluss ausgestattet, an welchem der dem oder den Endgeräten über den IAD zuzuführende Synchronisationstakt bereitgestellt wird.
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Die meisten der bereits in der Praxis eingesetzten IAD verfügen ihrerseits neben den zur Kopplung mit einem IP-gestützten Netzwerk vorgesehenen Verbindungsmitteln über eine Möglichkeit für einen Anschluss beziehungsweise für die Anbindung an das ISDN-Festnetz. Über die entsprechenden, letztgenannten Anschlussmittel wird der IAD zur Realisierung des erfindungsgemäßen Systems und zur Nutzung des Verfahrens mit dem S0-Anschluss des separat ausgebildeten Taktgebers verbunden. Die S0-Schnittstelle beziehungsweise der S0-Anschluss des Taktgebers bietet sich aber nicht nur an, weil die IAD über entsprechende Eingänge verfügen, sondern auch, weil in vielen Gebäuden entsprechende Verkabelungen vorhanden sind und die Signale über Entfernungen von über 1 km übertragen werden können. Dadurch verringert sich der Aufwand, um die Erfindung an einem Ort zu installieren an dem ein stabiler GPS Empfang gewährleistet ist.
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Je nach Ausführung kann dabei an dem S0-Anschluss des Taktgebers auch noch eine Speisespannung mit einem für S0-Anschlüsse üblichen Spannungswert zur Spannungsversorgung des IAD bereitgestellt werden. Für IAD, welche nicht mit einer S0-Speisespannung betrieben werden können, kann an der den Taktgeber ausbildenden Einheit gegebenenfalls auch eine 230 V-Netzversorgungsspannung bereitgesellt werden. Andernfalls ist es selbstverständlich auch möglich, den IAD mit einem entsprechenden separaten Netzteil zu betreiben.
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Abweichend von der zuvor beschriebenen Ausbildungsform des Systems mit einem getrennt vom IAD ausgebildeten Taktgeber ist es aber auch möglich, den IAD und den Taktgeber als eine integrale Einheit auszubilden, das heißt insbesondere künftig gefertigte IAD intern mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Taktgeber auszustatten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Oszillator des Taktgebers um einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO). Neben dem VCO und dem schon angesprochenen GPS-Empfänger weist der Taktgeber bei dieser Ausbildungsform einen digitalen Signalprozessor und eine PLL-Vergleichseinheit beziehungsweise einen Phasenkomparator auf. Die genannten Einheiten bilden einen Regelkreis, genauer gesagt eine Phasenregelschleife aus.
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Vorzugsweise weist der Taktgeber zudem aus der ISDN-Technik bekannte Einheiten auf, nämlich einen S-Bus-Konverter, welcher eine S0-Schnittstelle zur Bereitstellung des mittels der PLL-Regelschleife erzeugten stabilisierten Taktsignals an dem S0-Anschluss des Taktgebers aufweist, und einen ISDN-Communication-Controller, welcher innerhalb des Taktgebers über eine IOM-Schnittstelle (ISDN Oriented Modular) mit dem die Signale der IOM-Schnittstelle in ein S0-Bus-Signal konvertierenden S-Bus-Controller verbunden ist. Durch den Einsatz der genannten ISDN-Komponenten ist es möglich, ein getaktetes Signal über eine S0-Schnittstelle zu Verfügung zu stellen und darüber hinaus zu bewerkstelligen, dass die an den S0-Anschluss des Taktgebers geführte S0-Schnittstelle auf Layer-1 und gegebenenfalls auch auf Layer-2 daueraktiviert ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass in der Praxis anzutreffende Typen von IAD, welche sich erst beim Aufbau einer Verbindung auf die S0-Schnittstelle aufsynchronisieren in jedem Falle Verbindungen mit einer synchronen Datenübertragung sowohl annehmen, als auch aufbauen können. Gesteuert werden die vorgenannten ISDN-Einheiten durch einen Microcontroller, der ein in einem zugehörigen Speicher gehaltenes Steuerprogramm verarbeitet.
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Die Erfindung soll nachfolgend nochmals anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer möglichen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Systems,
- 2: das Blockschaltbild einer möglichen Ausbildungsform eines Taktgebers des Systems gemäß der 1.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Systems. Die Darstellung ist insoweit vereinfacht, als sie sich auf die Herstellung von IP-Verbindungen zwischen lediglich zwei Teilnehmern beziehungsweise zwischen von diesen beiden Teilnehmern betriebenen Endgeräten 11, 12 - 1n; 21, 22 - 2n bezieht. Bestandteile des Systems sind demnach ein Weitverkehrsnetz, nämlich das in den Ansprüchen genannte IP-gestützte Netzwerk 3 als übliche Form eines NGN, je ein bei jedem Teilnehmer angeordneter IAD 4; 5, welcher das IP-gestützte Netzwerk 3 jeweils teilnehmerseitig abschließt, und die an diesem IAD 4; 5 betriebenen Endgeräte 11, 12 - 1n; 21, 22 - 2n eines Teilnehmers.
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Zwischen den Endgeräten 11, 12 - 1n; 21, 22- 2n der beiden Teilnehmer wird eine IP-Verbindung über das IP-gestützte Netzwerk 3 und die jeweiligen IAD 4; 5 bei den Teilnehmern aufgebaut. Gemäß der Erfindung ist jeder IAD 4; 5 eines Teilnehmers mit einem ein Synchronisierungssignal zur Synchronisation der Datenübertragung bereitstellenden Taktgeber 6; 7 ausgestattet. In dem gezeigten Beispiel sind die Taktgeber 6; 7 jeweils als gegenüber dem jeweiligen IAD 4; 5 separate Einheiten ausgebildet. Der jeweilige IAD 4; 5 ist mit diesem separat ausgebildeten Taktgeber 6; 7 über einen hier nicht im Detail dargestellten S0-Anschluss des Taktgebers verbunden. Bestandteil jedes der Taktgeber 6; 7 oder mit diesem in einer Wirkverbindung befindlich ist ein GPS-Empfänger 8; 9, welcher auch als GPS-Maus bezeichnet wird und ein zur Stabilisierung des von dem Taktgeber 6; 7 bereitgestellten Synchronisationssignals genutztes GPS-Signal mit einem 10 KHz-Takt empfängt.
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Die Taktgeber 6; 7 der IAD 4; 5 beider Empfänger stellen ein Synchronisationssignal zur Verfügung, dessen Frequenz, bezogen auf beide Taktgeber, identisch und mittels des empfangenen GPS-Taktes stabilisiert ist. Dieses Taktsignal wird über den jeweiligen IAD 4; 5 den an diesen IAD 4; 5 betriebenen Endgeräten 11, 12 - 1n; 21, 22 - 2n zugeleitet. Hierdurch können beispielsweise die Faxgeräte 13; 23 beider Teilnehmer in wie bisher üblicher Weise die Nutzdaten für die entsprechende Faxübertragung miteinander austauschen. Auch die Verwendung herkömmlicher, in der Praxis noch vielfach anzutreffender Modems 10; 11 sowie eine Datenübertragung, welche eine S0-Verschlüsselung einschließt, ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems möglich.
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Die 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausbildungsform für einen Taktgeber 6; 7 gemäß der 1. Bestandteile des Taktgebers 6; 7 sind demnach insbesondere ein Oszillator 12, nämlich ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO), ein digitaler Signalprozessor 13 und ein Komparator 14, die in einer PLL-Regelschleife angeordnet sind. Eine weitere wesentliche, hier im Detail nicht näher gezeigte Einheit ist ein als Teil des Taktgebers 6; 7 ausgebildeter oder mit ihm in einer Wirkverbindung befindlicher GPS-Empfänger 8; 9, dessen von ihm empfangenes Signal der Vergleichseinheit beziehungsweise dem Komparator 14 des Taktgebers 6; 7 zugeführt wird.
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Gemäß dem gezeigten Beispiel gehören zu dem Taktgeber 6; 7 ferner ein S-Bus-Konverter 16, ein ISDN-Communication Controller 15 sowie ein Microcontroller 17 mit zugehörigem Speicher 18, im Beispiel ein ROM - Read Only Memory mit einem Steuerprogramm, durch welche der ISDN-Communication Controller 15 gesteuert wird. Zwischen dem S-Bus-Konverter 16 und dem ISDN-Communication Controller15 ist eine IOM-Schnittstelle ausgebildet. Gegebenenfalls können einzelne der vorgenannten Bausteine oder alle diese Bausteine, nämlich der S-Bus-Konverter 16, der ISDN-Communication Controller 15, sowie der Microcontroller 17 mit zugehörigem Speicher 18 (ROM) auch in einer gemeinsamen Einheit zusammengefasst sein, was durch den weiteren Block hinter dem ISDN-Communication Controller 15 angedeutet ist beziehungsweise symbolisiert werden soll. Da der S-Bus-Konverter 16 und der ISDN-Communication Controller 15 und gegebenenfalls weitere Bausteine in verschiedenen Modi betrieben werden können und der Taktgeber 6; 7 mit IAD 4; 5 unterschiedlicher Ausführung verwendet werden können soll, werden bei dem gezeigten Beispiel alle Komponenten mit Takt versorgt.
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Komplettiert wird der Taktgeber 6; 7 schließlich noch durch Einheiten zur Spannungsversorgung 19, 20, mittels welcher über den zur Verbindung mit dem IAD 4; 5 vorgesehenen S0-Anschluss eine übliche S0-Speisespannung oder eine 230 V-Spannung zur Verfügung gestellt werden können.
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Über die GPS-Maus wir ein 10 kHz Signal empfangen. Diese 10 kHz können über einen Regelkreis für die Erzeugung einer stabilen Frequenz verwendet werden. Zu dem Regelkreis gehören ein VCO (spannungsgesteuerter Oszillator 12), eine PLL-Vergleichseinheit (Komparator 14) und ein DSP 13. Der VCO schwingt zum Beispiel mit einer Frequenz von 7,68 MHz (die älteren S-Bus Konverter 16 benötigten eine Frequenz von 15,36 MHz). Diese Frequenz wird vom DSP 13 im Beispiel durch 768 geteilt. Daraus ergeben sich 10 KHz, die an die PLL-Vergleichseinheit (Komparator 14) ausgegeben werden. Der Komparator 14 vergleicht die 10 kHz aus dem DSP 13 mit den vom GPS-Empfänger 8; 9 empfangenen 10 kHz. Bei Abweichungen des Ausgangssignals des Oszillators 12 bezüglich Frequenz und/oder Phase gibt die PLL-Vergleichseinheit (Komparator 14) diese Veränderungen in Form von Spannungsänderungen an den Steuereingang des VCO (Oszillator 12) aus, wodurch dieser geregelt und demgemäß die Frequenz seines Ausgangssignals stabilisiert wird.
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Das so geregelte Taktsignal wird vom DSP 13 nach zusätzlicher Verifizierung an die Komponenten übertragen, die an die IOM-Schnittstelle angeschaltet sind. Zusätzlich können die Taktleitungen der IOM-Schnittstelle an den DSP 13 angeschaltet werden, um die Taktausgabe zusätzlich zu stabilisieren.
