DE10218425A1

DE10218425A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender bei einer Datenübertragung über ein asynchrones Netzwerk

Info

Publication number: DE10218425A1
Application number: DE10218425A
Authority: DE
Inventors: Juergen Busch
Original assignee: Grundig AG
Current assignee: Grundig Multimedia BV
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06
Also published as: CN1659813A; US20060072539A1; EP1497938A1; KR20050003380A; WO2003092196A1; JP2005528826A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender bei einer Datenübertragung über ein asynchrones Netzwerk. Dabei werden die Daten in Form von Datenpaketen vom Sender über ein Übertragungsmedium zum Empfänger übertragen. In die Datenpakete ist eine von einer Zeitbasis des Senders abgeleitete Zeitinformation eingesetzt. Diese enthält Informationen über den exakten Absendezeitpunkt eines vorher ausgesendeten Datenpakets. Im Empfänger wird durch einen Vergleich der vom Sender erzeugten Zeitinformation und einer im Empfänger erzeugten und dort zwischengespeicherten Zeitinformation die Zeitbasis des Empfängers korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender bei einer Datenübertragung über ein asynchrones Netzwerk.
Aus der DE 199 61 644 A1 sind bereits ein Verfahren und ein System zur Steuerung und zum Austausch von Daten für multimediale Geräte bekannt. Dabei sind die einzelnen Geräte, insbesondere Geräte der Unterhaltungselektronik, mittels eines Busses miteinander verbunden. Jedes aktivierte Gerät sendet innerhalb einer vorgegebenen Zeit Nachrichten über den Bus an die anderen aktivierten Geräte. Anhand dieser Nachrichten können die anderen aktivierten Geräte erkennen, ob das jeweilige Gerät aktiviert ist. Wird nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit keine Nachricht empfangen, dann erkennen die anderen Gerät, dass das jeweilige Gerät nicht mehr aktiv ist. Ein Gerät, das erstmalig oder wiederholt aktiviert wird, sendet erst nach einem Zeitraum, der größer oder gleich der vorgegebenen Zeit ist, eigene Nachrichten über den Bus an die anderen aktivierten Geräte.
Aus der WO 02/01878 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zeitsynchronen Weiterleitung von Signalen bekannt. Dabei werden Signale von mindestens einer Signalquelle über verschiedene Signalpfade zu mindestens einer Signalsenke übertragen. In die verschiedenen Signale werden Zeitmarken eingefügt. um eine zeitsynchrone Weiterleitung der Signale an die Senken zu erreichen, werden die in den verschiedenen Signalpfaden auftretenden Verzögerungen ermittelt und aus den ermittelten Verzögerungen eine minimale Gesamtverzögerung berechnet, die größer oder gleich derjenigen Verzögerung ist, die im Signalpfad mit der größten Verzögerung auftritt. Die in die verschiedenen Signale eingesetzten Zeitmarken enthalten eine Information über die minimale Gesamtverzögerung. In jedem Signalpfad wird dem zu übertragenden Signal eine individuelle Verzögerung auferlegt, die der Differenz zwischen der minimalen Gesamtverzögerung und der im jeweiligen Signalpfad dem Signal auferlegten signalverarbeitungsbedingten Verzögerung entspricht.
Bei vielen Netzwerkstandards dürfen Daten erst dann gesendet werden, wenn das Übertragungsmedium eine bestimmte Zeitperiode frei war. Eine derartige Vorgehensweise ist unter der Bezeichnung CSMA (carrier sense multiple access) bekannt. Bei derartigen Systemen kann nicht vorhergesagt werden, zu welchem Zeitpunkt ein Datenpaket tatsächlich über das Übertragungsmedium gesendet wird. Diese Eigenschaft hat ungünstige Auswirkungen auf ein Übertragen von Zeitmarken, wie sie beispielsweise in den NTP- und RTP- Protokollen der IETF verwendet werden, wenn die sendende Schaltung nicht in der Lage ist, den Zeitstempel des tatsächlichen Absendezeitpunktes in das zu übertragende Paket einzufügen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie der korrekte Absendezeitpunkt eines Datenpaketes bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass es dem jeweiligen Empfänger möglich ist, seine Zeitbasis schneller und genauer auf die Zeitbasis des Senders zu synchronisieren.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Übertragung von Daten über ein Übertragungsmedium,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus des Senders und
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus eines Empfängers.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Übertragung von Daten über ein Übertragungsmedium. Die gezeigte Vorrichtung weist einen Sender 1 auf, der über ein Übertragungsmedium 2 Daten an Empfänger 3 und 4 überträgt. Bei dem Übertragungsmedium 2 kann es sich um ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Medium handeln. Die Daten werden in Datenpaketen übertragen. In jedes übertragene Datenpaket ist eine im Sender erzeugte Zeitinformation eingesetzt.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus des Senders 1. Der gezeigte Sender weist eine Sendestufe 5, einen Paketierer 6 und eine Zeitbasis 7 auf. Die Sendestufe 5 ist dazu vorgesehen, abzusendende Datenpakete zur Verfügung zu stellen, die über die Verbindung l4 an das in der Fig. 1 gezeigte Übertragungsmedium 2 weitergeleitet werden. Die zu übertragenden Datenpakete werden im Paketierer 6 generiert, welcher einen Eingangsanschluss E aufweist, an welchem die zu übertragenden Daten in Form eines Datenstromes vorliegen.
Weiterhin werden dem Paketierer 6 über eine Verbindung l1 ein von der Sendestufe 5 geliefertes Rückmeldesignal und über die Verbindung l2 eine von der Zeitbasis 7 des Senders erzeugte Zeitinformation zugeführt. Das Rückmeldesignal wird von der Sendestufe 5 stets dann gebildet, wenn ein Datenpaket erfolgreich abgesendet wurde. Sobald der Paketierer 6 das Rückmeldesignal erhält, fügt er die aktuelle, über die Verbindung l2 angelieferte Zeitinformation als Zeitmarke in das nächste zu sendende Datenpaket ein. Dieses Datenpaket wird dann an die Sendestufe 5 weitergeleitet und zu einem durch den jeweils vorliegenden Netzwerkstandard bestimmten Zeitpunkt über das Übertragungsmedium 2 zu den Empfängern 3 und 4 übertragen.
Folglich ist in jedes übertragene Datenpaket eine Zeitmarke eingesetzt, die von der Zeitbasis 7 des Senders abgeleitet ist und eine genaue Information über den Absendezeitpunkt eines zeitlich vorher gesendeten Datenpaketes enthält.
Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus eines Empfängers. Der gezeigte Empfänger weist eine Empfangsstufe 8, einen Vergleicher 9, einen vorzugsweise als FIFO ausgestalteten Speicher 10 und eine eigene Zeitbasis 11 auf. Mittels der Empfangsstufe 8 werden die über das Übertragungsmedium 2 und die Verbindung l5 übertragenen Datenpakete empfangen. Sobald die Empfangsstufe 8 ein Datenpaket empfangen hat, meldet sie dies über die Verbindung l6 an den Vergleicher 9 und den Speicher 10. Dieser speichert als Reaktion auf dieses Meldesignal eine von der Zeitbasis 11 des Empfängers abgeleitete Zeitinformation ab, welche folglich eine Information über den Empfangszeitpunkt des gerade empfangenen Datenpaketes enthält.
Im Speicher 10 ist auch bereits eine weitere Zeitinformation abgelegt, die beim Empfang des zeitlich vorher empfangenen Datenpaketes gebildet wurde und folglich eine Information über den Empfangszeitpunkt des zeitlich vorher empfangenen Datenpaketes enthält.
Trifft das genannte Meldesignal ein, dann gibt der Speicher 10 die bereits gespeicherte weitere Zeitinformation über die Verbindung l8 an den Vergleicher 9 weiter. Dieser vergleicht die aus dem gerade empfangenen Datenpaket abgetrennte Zeitinformation mit der aus dem Speicher 10 abgeleiteten und ihm über die Verbindung l8 zugeführten Zeitinformation. Diese Zeitinformationen beziehen sich beide auf das zeitlich vorher empfangene Datenpaket, wobei die aus dem übertragenen Datenpaket abgetrennte Zeitinformation den Absendezeitpunkt des zeitlich vorher gesendeten Datenpakets und die vom Speicher 10 gelieferte Zeitinformation den Empfangszeitpunkt des zeitlich vorher gesendeten Datenpakets beschreibt.
Unter der Annahme, dass keine laufzeitbedingten bzw. übertragungsbedingten Signalverzögerungen vorliegen oder dass eventuelle derartige Verzögerungszeiten bekannt und im Vergleicher 9 hinterlegt sind, wird im Vergleicher 9 aus den ihm zugeführten Zeitinformationen ein Differenzsignal gebildet. Mit Hilfe dieses Differenzsignals wird über die Verbindung l9 die lokale Zeitbasis 11 des Empfängers korrigiert und damit der Empfänger mit dem Sender synchronisiert.
Auf gleiche Weise können auch weitere an das Übertragungsmedium 2 angeschlossene Empfänger mit dem Sender synchronisiert werden.
Nach alledem wird beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der korrekte Absendezeitpunkt eines Datenpaketes im nachhinein bestimmt. Dies ermöglicht einem Empfänger, seine Zeitbasis schnell und genau auf die Zeitbasis des Senders zu synchronisieren.
Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, in jedem übertragenen Datenpaket eine "herkömmliche" Zeitmarke und zusätzlich dazu Korrektursignale für die im vorherigen Datenpaket enthaltene Zeitmarke zu übertragen, wobei die Korrektursignale genaue Informationen über den Absendezeitpunkt des vorherigen Datenpaketes enthalten. Diese Lösung hat den Vorteil, dass Kompatibilität zu bisherigen Standards vorliegt und Empfänger, die die Korrekturwerte auswerten können, von den oben beschriebenen Vorteilen der Erfindung profitieren können. Bezugszeichenliste 1 Sender
2 Übertragungsmedium
3 1. Empfänger
4 2. Empfänger
5 Sendestufe
6 Paketierer
7 Zeitbasis des Senders
8 Empfangsstufe
9 Vergleicher
10 Speicher
11 Zeitbasis des Empfängers
l1, . . ., l9 Verbindungen
E Eingangsanschluss

Claims

1. Verfahren zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender bei einer Datenübertragung über ein asynchrones Netzwerk, wobei die Daten in Form von Datenpaketen vom Sender über ein Übertragungsmedium zum Empfänger übertragen werden und wobei die Datenpakete mittels einer Zeitbasis des Senders erzeugte Zeitinformationen enthalten, mit folgenden Verfahrensschritten:
Absenden eines ersten Datenpaketes vom Sender,
Empfangen des ersten Datenpaketes durch den Empfänger,
Speichern einer von der Zeitbasis des Empfängers abgeleiteten Zeitinformation, die Informationen über den Zeitpunkt des Empfangs des ersten Datenpaketes enthält,
Einsetzen einer von der Zeitbasis des Senders abgeleiteten Zeitinformation, die Informationen über den Zeitpunkt der Absendung des ersten Datenpaketes enthält, in ein zweites Datenpaket,
Absenden des zweiten Datenpaketes vom Sender,
Empfangen des zweiten Datenpaketes durch den Empfänger,
Abtrennen der von der Zeitbasis des Senders abgeleiteten Zeitinformation, die Informationen über den Zeitpunkt der Absendung des ersten Datenpaketes enthält, aus dem zweiten Datenpaket, und
Anpassen der Zeitbasis des Empfängers an die Zeitbasis des Senders unter Verwendung der abgetrennten, vom Sender abgeleiteten Zeitinformation und der gespeicherten, vom Empfänger abgeleiteten Zeitinformation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitbasis des Empfängers in Abhängigkeit von dem im Rahmen eines Vergleiches der Zeitinformationen erhaltenen Differenzsignal korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender ausgesandten Datenpakete Zeitinformationen in Form von Zeitmarken enthalten, welche Informationen über den Zeitpunkt der Absendung eines jeweils vorher gesendeten Datenpakets aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender ausgesandten Datenpakete Zeitinformationen enthalten, die aus Zeitmarken und Korrektursignalen bestehen, wobei die Korrektursignale Informationen über den Zeitpunkt der Absendung eines jeweils vorher gesendeten Datenpakets aufweisen.

5. Vorrichtung zum Synchronisieren eines Empfängers mit einem Sender bei einer Datenübertragung über ein asynchrones Netzwerk, mit einem Sender (1), einem Übertragungsmedium (2) und einem Empfänger (3, 4), wobei der Sender (1) aufweist:
eine Zeitbasis (7) zur Erzeugung von Zeitinformationen,
einen mit der Zeitbasis verbundenen Paketierer (6), der zur Erzeugung von Datenpaketen vorgesehen ist, in welche von der Zeitbasis (7) des Senders abgeleitete Zeitinformationen eingesetzt sind, die Informationen über den Zeitpunkt der Absendung eines vorher gesendeten Datenpakets enthalten, und
eine mit dem Paketierer (6) verbundene Sendestufe (5) zur Absendung der vom Paketierer erzeugten Datenpakete,
und wobei der Empfänger (3, 4) aufweist:
eine Empfangsstufe (8) zum Empfang der Datenpakete,
eine Zeitbasis (11) zur Erzeugung von Zeitinformationen,
einen mit der Zeitbasis (11) verbundenen Speicher (10) zur Abspeicherung von Zeitinformationen, die Informationen über den Zeitpunkt des Empfangs eines Datenpakets enthalten,
eine Abtrennstufe (8) zum Abtrennen der von der Zeitbasis des Senders erzeugten Zeitinformationen, die Informationen über den Zeitpunkt der Absendung eines vorher gesendeten Datenpaketes enthalten, aus einem empfangenen Datenpaket, und
eine Anpassungsstufe zum Anpassen der Zeitbasis (11) des Empfängers an die Zeitbasis (7) des Senders unter Verwendung der abgetrennten, vom Sender erzeugten Zeitinformationen und der gespeicherten, im Empfänger erzeugten Zeitinformationen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsstufe einen Vergleicher (9) enthält, der durch einen Vergleich der abgetrennten, vom Sender erzeugten Zeitinformation und der gespeicherten, im Empfänger erzeugten Zeitinformation ein zur Korrektur der Zeitbasis (11) des Empfängers vorgesehenes Differenzsignal ermittelt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Weiterleitungsvorrichtung bestehend aus Empfänger und Sender Korrektursignale berechnet werden und zu den von vorangegangenen Sendern im nachfolgenden Paket übertragenen Werten akkumuliert werden.