DE69533579T2

DE69533579T2 - Synchronisierung in einem Datenkommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE69533579T2
Application number: DE69533579T
Authority: DE
Inventors: John C. Eidson; Joseph A. Dara-Abrams; Stanley P. Woods; Leonard S. Cutler; Robin P. Giffard; James L. Johnson
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: EP0722233B1; EP0722233A3; DE69533579D1; US5566180A; JP2006101539A; JPH08221336A; EP0722233A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Datenkommunikations-Netzwerk und auf eine Netzwerk-Übertragungsvorrichtung z. B. zur Verwendung in locker gekoppelten verteilten Systemen für eine serielle Kommunikation und eine Anzahl von Knoten. Jeder Knoten enthält eine Ereignis-Erkennungseinrichtung und häufig einen lokalen Echtzeittakt.
Viele Mess- und Steuerungs-Anwendungen erfordern eine präzise Zeitsteuerung von Ereignissen an verschiedenen verteilten Positionen (Knoten) in dem System. Zum Beispiel umfasst die Messung und Steuerung von großangelegten Systemen, wie z. B. Leistungsunterstationen, Flugwerkteststationen und großen industriellen Prozesseinrichtungen zahlreiche Messungen an kritischen Punkten des Systems, die verwendet werden, um das System zu steuern. Eine erfolgreiche Operation dieser Systeme hängt von der genauen Kenntnis der Zeiten ab, zu denen die Messung durchgeführt wurde, und von dem Anwenden von Steuerungen zu bekannten Zeiten.
Es gibt zwei Aspekte beim Bereitstellen einer genauen Zeit in einem verteilten System, in dem jeder Knoten einen lokalen Takt enthält. Der erste ist Syntonisierung, d. h., Sicherstellen, dass die lokalen Takte an jedem Knoten mit der gleichen Rate laufen. Der zweite ist Synchronisierung, d. h., Sicherstellen, dass die lokalen Takte den selben Zeitwert zu einem gegebenen Moment berichten. Die Ursachen für Ungenauigkeit und Verschlechterung bei der Synchronisierung sind der Ausfall der Beibehaltung von Syntonisierung und Ungenauigkeiten bei der Einstellung oder Neueinstellung der lokalen Zeitwerte der Takte. Die lokalen Takte verlieren eine Syntonisierung, da Differenzen und Verschiebungen bei der grundlegenden Frequenz der Oszillatoren vorliegen, die die Takte treiben.
Bei Systemen, die Synchronisation und Syntonisierung erfordern, erkennt jeder lokale Takt die lokale Zeit von bestimmten Ereignissen und die Knoten tauschen Nachrichten aus, um diese Zeiten zu berichten. Ein bevorzugtes Kommunikationsprotokoll zwischen den Knoten ist ein paketbasiertes serielles Protokoll, wie z. B. Ethernet, Token-Ringe, wie z. B. IEEE 802,5 oder LonTalk (TM Echelon). Bei jedem Knoten ist das Protokoll durch einen Protokollstapel und das Betriebssystem des Knotens implementiert. Die Genauigkeit, mit der die Takte gegenwärtig durch Austauschen von Nachrichten synchronisiert werden können, ist durch das zeitliche Zittern, das durch den Protokollstapel eingebracht wird, und das Betriebssystem jedes Knotens, eingeschränkt. Ein zusätzliches Problem ist die Latenzzeit oder Ausbreitungsverzögerung einer Nachricht zwischen Knoten. Zusätzlich zu den lokalen Protokollstapeln und Betriebssystemen kann Zittern und Verzögerung durch andere Netzwerkelemente eingebracht werden, wie z. B. Gateways, Brücken und Router, oder das physische Kommunikationsmedium.
Ein Verfahren zum Verwalten des zeitlichen Zitterns und der Latenzzeit zwischen den Knoten ist das Verwenden von zweckgebundenen, kalibrierten Auslöserleitungen zwischen den verschiedenen Knoten, um die Takte, Messungen oder die Anwendung der Steuerung zu synchronisieren. Obwohl die zweckgebundenen, kalibrierten Auslöserleitungen sehr genau sein können, werden Systeme schnell unverwaltbar und teuer, wenn sich die Anzahl von Knoten erhöht. Alternativ können die gewünschten Ereignisse durch Ausgeben von Befehlen an die Knoten von einer zentralen Steuerung über einen Steuerungsbus gesteuert werden, wie z. B. IEEE 488, oder serielle Protokolle, wie z. B. Ethernet. Das Verwenden eines Standardprotokolls verbessert die Verwaltbarkeit des Systems, aber auf Kosten der Zeitgenauigkeit.
Ein anderes Verfahren, wie gelehrt wird durch Kopetz in US 4,866,606 , ist das Hinzufügen einer zweckgebundenen Synchronisierungseinheit mit einer zweckgebundenen Zeitaus gabe innerhalb jedes Knotens. Jede Synchronisierungseinheit ist mit dem lokalen Takt verbunden. Jeder lokale Takt kommuniziert mit jedem Knoten in dem verteilten Netzwerk über die Kommunikationseinheit des Knotens, um ein globales synchronisiertes Zeitsignal zu liefern. Eine Nachricht, die die lokale Zeit des Senders enthält, wird auf dem Netzwerk durch die Synchronisierungseinheit rundgesendet. Durch Beobachten dieser Nachrichten berechnet der Empfangsknoten einen Korrekturfaktor, der an den lokalen Takt angewendet werden soll. Dieses System ist in 1 dargestellt. Wie jedoch in 1 gezeigt ist, kann diese Technik die Wirkungen des Betriebssystems beseitigen, beseitigt aber nicht das Zittern und die Latenzzeit des Protokollstapels des Kommunikationssystems. Ein Implementieren der Synchronisierungseinheit in einem Mikroprozessor kann ein eigenes Zittern einbringen, aufgrund des Betriebssystems, oder kann das Verhalten des Mikroprozessors unterbrechen. Dieses System bringt ferner eine unbekannte Latenzzeit innerhalb der Synchronisierungseinheit selbst ein. Wie durch Kopetz beschrieben ist, muss die Synchronisierungseinheit alle empfangenen Nachrichten verarbeiten, was das Zitterproblem sogar noch schwerer zu verwalten macht.
Ein anderes Verfahren, offenbart durch Hosgood in UK 2,254,455A fügt einen zweckgebundenen „Zeitbus" hinzu. Wie in 2 gezeigt ist, enthält jeder Knoten einen Zeitgenerator, einen Zeitbus und zwei Schnappschussregister. Die lokale Tageszeit wird kontinuierlich auf dem Zeitbus ausgegeben. Dieses Verfahren kann ein Betriebssystem-Zittern und eine -Verzögerung entfernen, löst aber nicht das Problem des Protokollstapel-Zitterns und der -Verzögerung. Obwohl die lokale Zeit, zu der der Sendeknoten eine Nachricht zu dem Kommunikationsmodul des Sendeknotens überträgt, bekannt ist, weiß der Empfangsknoten nicht, wann eine Nachricht tatsächlich übertragen wurde, da der Kommunikationsweg zwischen dem Knoten und dem Zeitgebungsbus unterschiedliche Ausbreitungsverzögerungen und das Zittern in den Protokollstapeln der Teilnehmerknoten auf weisen kann. Wie Kopetz, verarbeitet die synchrone Einheit alle empfangenen Nachrichten, was die Schwierigkeit beim Verwalten des Zitterproblems erhöht.
Die EP-A-01,247,026 offenbart einen Mechanismus zum Bereitstellen einer Synchronisierung von Rechenelementen, die mit einem lokalen Netzwerk verbunden sind, durch Austauschen von Zeitgebungsnachrichten. Die US-A-4,893,318 beschreibt ein Kommunikationssystem, wo ein Satellit die Zeit aufzeichnet, eine Nachricht zu der Bodenstation sendet, die dann die Zeit liest und diese Zeit zu dem Satelliten zurücksendet.
Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Datenkommunikation.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Netzwerkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 10 geschaffen.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele können ein System schaffen, bei dem jeder Knoten in einem verteilten System eine Syntonisierung und eine Synchronisierung seines lokalen Takts auf effiziente und wirtschaftliche Weise beibehält, die das zeitliche Zittern und die Latenzzeit in dem Kommunikationssystem minimiert. Es ist ferner möglich, durch das gesamte System zu syntonisieren und synchronisieren.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Kompensieren der Zeitverzögerung und des Zitterns von Nachrichten, die zwischen den Knoten übertragen werden, durch Verwenden des Ereigniserkenners.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Syntonisieren und Synchronisieren der lokalen Takte in einem locker verteilten Netzwerk unter Verwendung von Nachrichten, die durch die Kommunikationsmedien getragen werden. Die Genauigkeit wird verbessert, durch Beseitigen von Operationssystem- und Protokollstapel-Verzögerungen unter Verwendung eines „Zeitpaketdetektors". Jeder Knoten enthält einen Zeitpaketdetektor (TPD), der Signaturen von speziell zweckgebundenen Zeitgebungspaketen auf eine zitter-freie Weise erkennt. Obwohl ein Knoten eine Vielzahl von Nachrichtenpaketen empfangen kann, wie z. B. Daten, Steuerung, etc., erfasst der TPD nur den Durchlauf der Zeitgebungspakete. Der TPD beobachtet den Paketdatenstrom so nahe wie möglich an dem Kommunikationsmedium, um Verzögerung und Zittern zu minimieren, das aus dem lokalen Protokollstapel und dem Betriebssystem resultiert. Wenn ein Zeitgebungspaket durch den TPD erfasst wird, erzeugt der TPD ein Auslösersignal, das verwendet werden kann, um die Zeit aus dem lokalen Takt zu erfassen. Die erfasste Zeit ist die lokale Zeit, zu der das Zeitgebungspaket empfangen oder durch den Knoten übertragen wurde.
Zeitgebungspakete werden als Ereignisse behandelt, die mit der aktuellen lokalen Zeit an jedem Knoten zeitgestempelt werden, und diese Zeitstempel werden dann an die anderen Knoten berichtet. Diese Zeitstempel bilden die Basis für die Korrekturfaktoren, die an jeden lokalen Takt angewendet werden. Diese Faktoren können Korrekturen für eine Latenzzeit zwischen Knoten umfassen. Das verbleibende Zittern ist nur auf das Kommunikationsmedium selbst und den Kommunikationszugriffsmechanismus zwischen dem Zeitaufzeichnenspunkt und dem Kommunikationsmedium zurückzuführen.
In Betrieb sendet ein erster Knoten ein erstes Zeitgebungspaket, das durch seinen TPD erkannt und erfasst wird. Dieser TPD erzeugt einen Übertragungszeitstempel, der die lokale Übertragungszeit reflektiert, wie sie durch den Übertragungstakt gemessen wird. Das erste Zeitgebungspaket kann einen Identifizierer für eine eindeutige Identifikation enthalten. Die Übertragungszeit und der Identifizierer des ersten Zeitgebungspakets werden nachfolgend durch den Übertragungsknoten in einer ersten Synchronisierungsnachricht übertragen.
Ein zweiter Knoten empfängt das erste Zeitgebungspaket und die erste Synchronisierungsnachricht von dem ersten Knoten. Der TPD des Empfangsknotens erfasst die Ankunft des ersten Zeitgebungspakets und erzeugt einen Empfangszeitstempel, der die lokale Empfangszeit reflektiert, wie sie durch den Empfangstakt gemessen wird. Der Empfangsknoten empfängt als nächstes die erste Synchronisierungsnachricht und vergleicht den Übertragungszeitstempel mit dem Empfangszeitstempel.
Aus einer Sequenz dieser Pakete und Nachrichten kann die offensichtliche Differenz und Verschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Takt berechnet werden und mit einem geeigneten Algorithmus verwendet werden, um die Takte zu synchronisieren und zu syntonisieren. Die Latenzzeit der Übertragung des Zeitgebungspakets kann durch bidirektionales Wiederholen der obigen Sequenz gemessen werden. Eine Synchronisierungsgenauigkeit wird durch Berücksichtigen dieser Latenzzeitmessung verbessert.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausschließlich beispielhaft Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein verteiltes System darstellt, das eine Synchronisierungseinheit aufweist (Stand der Technik).
2 ein verteiltes System darstellt, das einen zweckgebundenen Zeitgebungsbus aufweist (Stand der Technik).
3 ein Netzwerk darstellt, das eine verteilte Synchronisierung und Syntonisierung der Takte aufweist.
4 ein Funktionsblockdiagramm für Knoten 2 darstellt, gezeigt in 3.
5 ein Funktionsblockdiagramm für den LMA zeigt, gezeigt in 4.
6 ein Funktionsblockdiagramm für den TSB zeigt, gezeigt in 4.
7 ein Funktionsblockdiagramm für den TPD zeigt, gezeigt in 4.
8 ein typisches Zeitgebungsdiagramm der Operation des TPD darstellt.
9 das Verwenden des Zeitpaketdetektors als einen Ereignisauslösermechanismus darstellt.
10 die Verwendung des TPD zum Messen der Ausbreitungszeit darstellt.
11 die Verwendung des TPD beim Einstellen der lokalen Takte darstellt.
12A und 12B die Verwendung der TPDs darstellen, um Zittern und Verzögerung in einem Netzwerk zu überwinden.
Ein beliebiger Knoten in einem locker verteilten Netzwerk kann einen Takt-Synchronisierungs- oder -Syntonisierungs-Prozess initiieren. Jeder der Knoten enthält einen Zeitpaketdetektor (TPD), einen Zeitdienstblock (TSB) und einen lokalen Medienzugriffsblock (LMA). Der TPD und TSB erkennen zusammen die lokale Zeit der Übertragung oder des Empfangs von Zeitgebungspaketen im Gegensatz zu der Zeit der Planung oder Bestätigung des Zeitgebungspakets. Der TPD erfasst Zeitgebungspakete, die in Knoten eintreten oder dieselben verlassen. Zeitgebungspakete sind ein spezifischer Pakettyp, der innerhalb der Klasse von Nachrichten zweckgebunden ist, die bei dem Kommunikationsprotokoll verwendet werden. Die erfassten Zeitgebungspakete können durch einen Empfangsknoten zur Synchronisierung oder Ereignisausführung verwendet werden.
Wenn ein Knoten eine Synchronisierung initiiert, überträgt er ein erstes Zeitgebungspaket gefolgt von einer Synchronisierungsnachricht, die die lokale Übertragungszeit des ersten Zeitgebungspakets enthält. Der Empfangsknoten (der Knoten, der synchronisiert werden soll), vergleicht die lokale Übertragungszeit, die in der Synchronisierungsnachricht enthalten ist, mit seiner lokalen Empfangszeit für das erste Zeitgebungspaket. Eine Sequenz von solchen Ergebnissen kann verwendet werden, um die Takte in dem verteilten Netzwerk zu synchronisieren oder syntonisieren.
3 stellt ein Netzwerk aus Knoten dar, bei denen die Zeitgebung von Ereignissen wichtig ist. Ein erster Knoten 2 ist mit einem zweiten Knoten 2' durch ein Kommunikationsmedium 4 verbunden. Ein optionaler dritter Knoten 2'' ist mit dem Kommunikationsmedium 4 verbunden. Jeder Knoten kann Zeitgebungspakete und Synchronisierungsnachrichten in dem Netzwerk sowohl initiieren als auch auf dieselben antworten. Obwohl die Knoten nicht identisch sein müssen, enthält jeder Knoten einen Zeitpaketdetektor (TPD). Jeder TPD arbeitet gleichermaßen an eingehenden und ausgehenden Zeitgebungspaketen.
4 stellt ein Funktionsblockdiagramm für Knoten 2 dar, der in 3 gezeigt ist. Ein Zeitpaketdetektor (TPD) 6 ist mit einem lokalen Medienzugriffsblock (LMA) 8 und einem Zeitdienstblock (TSB) 10 verbunden. Der LMA 8 ist mit dem TSB 10 und dem Kommunikationsmedium 4 verbunden. Der TSB 10 und der LMA 8 sind jeweils mit einem Basisknotenfunktions block 12 verbunden. Der Basisknotenfunktionsblock 12 stellt eine Anwendungsfunktion dar, die den Zeitgebungsdienst verwendet, der hierin vorgesehen ist.
5 stellt ein Funktionsblockdiagramm für den lokalen Medienzugriffsblock (LMA) 8 dar, der in 4 gezeigt ist. Ein Sende-Empfangs-Gerät 14 ist mit dem Kommunikationsmedium 4, einem Bittakt- und Daten-Wiedergewinnungs-Block 16 und einem Datencodierungsblock 18 verbunden. Der Bittakt- und Daten-Wiedergewinnungs-Block 16 ist mit dem Sende-Empfangs-Gerät 14, einem Protokollstapel 20 und dem TPD 6 verbunden. Der Datencodierungsblock 18 ist ferner mit dem Protokollstapel 20 und dem Sende-Empfangs-Gerät 14 verbunden. Der TPD 6 ist mit dem Datencodierungsblock 18 verbunden. Der Protokollstapel 20 ist mit dem TSB 10 und dem Basisknotenfunktionsblock 12 verbunden. Der Bittakt- und Daten-Wiedergewinnungs-Block 16 und der Protokollstapel 20 sind ferner mit dem TPD 6 verbunden.
Das Sende-Empfangs-Gerät 14 stellt einen physischen Zugriff auf das Kommunikationsmedium 4 bereit. Der Bittakt- und Daten-Wiedergewinnungs-Block 16 empfängt rohe Signale von dem Sende-Empfangs-Gerät 14 und gewinnt ein Bittaktsignal und einen Datenbitstrom wieder, der synchron zu einem eingehenden Datenbitstrom ist. Das Zittern dieses Wiedergewinnungsprozesses ist üblicherweise die dominante verbleibende Quelle von Zittern in dem System.
Der Datencodierungsblock 18 empfängt ausgehende Pakete von dem Protokollstapel 20 und wandelt diese Pakete gemäß einer ausgewählten Protokollspezifikation um. Das umgewandelte Paket wird durch das Sende-Empfangs-Gerät 14 empfangen. Der TPD 6 überwacht die ausgehenden Pakete und die wiedergewonnenen eingehenden Pakete.
6 stellt ein Funktionsblockdiagramm für den Zeitdienstblock (TSB) dar, der in 4 gezeigt ist. Ein lokaler Takt 22 ist mit einer Zeitsteuerschaltung 24, einem TSB-Speicher 26 und dem TPD 6 verbunden. Der TSB-Speicher 26 ist ferner mit der Zeitsteuerschaltung 24 und einem optionalen Prozessor 28 verbunden. Die Zeitsteuerschaltung 24 ist mit dem TPD 6 und dem optionalen Prozessor 28 verbunden. Die Zeitsteuerschaltung 24 ist mit der Basisknotenfunktion 12 und dem LMA 8 entweder direkt oder optional über den optionalen Prozessor 28 verbunden.
Der lokale Takt 22 liefert eine Darstellung der Zeit und kann synchronisiert und syntonisiert werden. Der lokale Takt 22 enthält eine Schaltungsanordnung, die das Lesen des Takts in den TSB-Speicher 26 liefert, nach dem Empfang eines geeigneten Ereignissignals von dem TPD 6. Der lokale Takt 22 empfängt Korrektur-Daten und -Signale, die durch die Zeitsteuerschaltung 24 erzeugt werden, optional in Verbindung mit dem optionalen Prozessor 28, für die Synchronisierungs- und Syntonisierungs-Funktionalität. Die Korrektur-Daten und -Signale werden verwendet, um den Takt zu synchronisieren oder syntonisieren, und die Ereignissignale werden zum Aufzeichnen der TPD-Ereigniszeit verwendet, wie sie durch den lokalen Takt gemessen wird.
Der TSB-Speicher 26 speichert erfasste Werte der Zeit, die von dem lokalen Takt 22 empfangen werden. Diese Werte können durch die Zeitsteuerschaltung 24 oder den optionalen Prozessor 28 zum Berechnen der Korrekturfaktoren verwendet werden, die für die Takteinstellungen notwendig sind. Die Zeitsteuerschaltung 24 empfängt ferner, über den LMA 8, die verschiedenen Zeitgebungs-Pakete und -Nachrichten, die beim Berechnen der verschiedenen Korrekturfaktoren und für die Gesamtsteuerung des gesamten TSB 10 verwendet werden. Die Zeitsteuerschaltung 24 kann optionale Musteranpassungs-Spezifikationen liefern, wie z. B. einen Identifizierer, zu dem TPD 6, für eine zusätzliche Konfiguration und Erfassung. Der Identifizierer kann durch die Zeitsteuerschaltung 24 verwendet werden, um die lokale Erfassungszeit zu der Synchronisierungsnachricht zuzuordnen, die von dem LMA 8 empfangen wird.
Die Funktionalität des TSB 10 kann ergänzt werden, um die Basisknotenfunktionalität zu unterstützen. Eine zusätzliche Funktionalität kann Zeit, zusätzlichen Speicher für die Ereigniserfassung und das Erzeugen von Ereignissignalen umfassen, die zu der Basisknotenfunktionalität gehören.
7 stellt ein Funktionsblockdiagramm des Zeitpaketdetektors (TPD) 6 dar, der in 4 gezeigt ist. Eine TPD-Steuerschaltung 30 ist mit einem optionalen Speicher 32, einem Musterspeicher 34, einer Musteranpassungsschaltung 36, einem Musteradressgenerator 38 und einem Rahmenstartdetektor 40 verbunden. Die TPD-Steuerschaltung 30 ist mit dem TSB 10 verbunden. Die Musteranpassungsschaltung 36 ist mit dem optionalen Speicher 32, dem Musterspeicher 34 und dem LMA 8 verbunden. Der Musteradressgenerator 38 ist ferner mit dem Musterspeicher 34 und dem LMA 8 verbunden. Der Rahmenstartdetektor 40 ist ferner mit dem LMA 8 verbunden.
Der Rahmenstartdetektor 40 überwacht den Eingangsdatenstrom und signalisiert der TPD-Steuerungsschaltung 30, wenn ein Rahmenstartzustand erfasst wird. Bei seriellen Kommunikationsprotokollen enthält das Datenpaket ein Muster, genannt das Trainingsbitmuster oder die Präambel, das durch den Bittakt- und Daten-Wiedergewinnungs-Block 16 verwendet wird, um den Datentakt und Datenstrom wiederzuerzeugen. Das Ende der Preamble ist durch ein spezielles Muster markiert, das durch den Rahmenstartdetektor 40 erfasst wird und anzeigt, dass das nächste Bit das erste Bit des Paketanfangsblocks ist. Die Spezifikationen des Trainingsbitmusters und der Rahmenstartmarkierung sind für jedes Kommunikationsprotokoll unterschiedlich. Der Rahmenstartdetektor 40 kann spezifisch für ein gegebenes Protokoll implementiert sein, z. B. Ethernet, oder kann für das Protokoll konfigurierbar sein, das gegenwärtig in Verwendung ist, basierend auf Konfigurationsdaten, die von dem TSB 10 über die TPD-Steuerschaltung 30 empfangen werden.
Der Datentaktstrom wird ebenfalls durch den Musteradressgenerator 38 empfangen, der eine Adresse erzeugt, um den Musterspeicher 34 zu treiben. Die Adresse reflektiert die Bitzählung des Eingangsdatenstroms beginnend mit dem ersten Bit, nachdem der Rahmenstartzustand erfasst wird. Der Musteradressgenerator 38 wird durch die TPD-Steuerschaltung 30 freigegeben, ansprechend auf ein Rahmenstartdetektorsignal, das den Start eines neuen Rahmens anzeigt.
Der Musterspeicher 34 enthält die Bitmuster, die durch die Musteranpassungsschaltung 36 zum Erkennen und Erfassen des Vorhandenseins des gewünschten Zeitgebungspakets verwendet werden. Diese Muster werden durch die Musteranpassungsschaltung 36 in Verbindung mit dem entsprechenden Datenbit aus dem LMA 8 basierend auf der Adresse verwendet, die von dem Musteradressgenerator 38 empfangen wird. Üblicherweise umfasst dieser Strom von Musterdaten die Bits, die das Bitmuster in dem Paketanfangsblock darstellen, oder die Benutzerdaten und ein Maskenmuster, die anzeigen, welche Bits überprüft werden sollen und welche ignoriert werden sollen. Zusammen aktivieren diese Muster die Musteranpassungsschaltung 36, um ein Paket eindeutig als ein Zeitgebungspaket zu identifizieren und zu erfassen. Üblicherweise kann diese Identifikation basierend auf Adressbits in dem Paketanfangsblock durchgeführt werden, aber die Technik funktioniert genau so gut, wenn Benutzerdatenbits umfasst sind. Zum Beispiel könnte mit dem Ethernet-Protokoll eine Rundsendeadresse zu dem Zeitgebungspaket zugewiesen werden und würde als eine eindeutige Adresse in den ersten sechs Bytes des Paketanfangsblocks erscheinen. Diese Adresse wäre in dem System eindeutig und aktiviert daher die Musteranpassungsschaltungsanordnung, um Zeitgebungspakete von allen anderen zu unterscheiden.
Die Daten in dem Musterspeicher 34 werden von dem TSB 10 über die TPD-Steuerschaltung 30 erhalten. Diese Daten sind Protokoll- und Anwendungs-abhängig. Bestimmte Adressen können permanent als Zeitgebungspakete durch alle Knoten reserviert werden. In diesem Fall können die Muster und optionale Steuermuster dauerhaft in den Musterspeicher 34 geladen werden. Zusätzlich zu den Musterdaten selbst können zusätzliche Bitströme vorliegen, die in dem Musterspeicher 34 gespeichert sind, die die TPD-Steuerschaltung 30 unterstützen. Zum Beispiel könnte ein Datenmuster gespeichert sein, das ein Bit enthält, das das letzte Bit des Musters anzeigt, das geprüft werden muss, um zu bestimmen, dass eine Anpassung verarbeitet wurde. Auf ähnliche Weise könnten Muster gespeichert werden, die ein Bitmuster spezifizieren, z. B. die Identifiziererbits, die in einem optionalen Speicher 32 erfasst und gespeichert werden sollen. Der optionale Speicher 32 überträgt diese gespeicherten Daten zu dem TSB 10 über die TPD-Steuerschaltung 30.
Die Musteranpassungsschaltung 36 empfängt den Eingangsdatenstrom von dem LMA 8 und die Musterdaten von dem Musterspeicher 34. Wenn sie aktiviert ist, führt die Musteranpassungsschaltung 36 eine Bit-für-Bit-Prüfung an dem Eingangsdatenstrom im Hinblick auf die Daten aus dem Musterspeicher 34 durch. Jeder Ausfall, eine geeignete Anpassung durchzuführen, wird erkannt, und wenn der Ende-der-Anpassung-Zustand erreicht wird, wird ein Signal erzeugt und zu der TPD-Steuerschaltung 30 gesendet, für eine Übertragung zu dem TSB 10, der anzeigt, ob das aktuelle Paket ein Zeitgebungspaket war. Die Empfangszeit dieses Signals zeigt an, wann das Paket erfasst wurde. Dieser Ende-der-Anpassung-Zustand kann entweder durch ein Bitmuster angezeigt werden, das durch den Musterspeicher 34 geliefert wird, oder durch ein Steuersignal aus der TPD-Steuerschaltung 30, das aus dem Musteradressgenerator 38 hergeleitet wird. Die Zeitgebung dieses Anpassungsende-Zustands ist bekannt und konstant und hängt von dem Maskenmuster ab, das die Bits von Interesse in dem Paket definiert und ist durch das System für eine gegebene Anwendung konsistent. Die Musteranpassungsschaltung 36 kann eine optionale Anpassungs- und Bithandhabungs-Schaltungsanordnung für eine zusätzliche Steuerung enthalten. Es wird darauf hingewiesen, dass dieser Prozess zitter-frei ist, abgesehen von dem Pikosekundenpegel-Zittern der individuellen Gates in der Musteranpassungs-Schaltungsanordnungslogik, die um Größenordnungen kleiner ist als das verbleibende Zittern aus dem Bittakt-Wiedergewinnungsabschnitt des LMA.
Die gesamte Funktionalität des TPD 6, des TSB 10 und eines Teils des LMA 8 kann in einer einzelnen integrierten Schaltung implementiert sein.
8 ist ein Zeitgebungsdiagramm für den TPD. Linie A ist ein Datenstrom. Linie B ist ein wiedergewonnener Bittaktstrom. Linie C ist ein Steuerbit, das den Rahmenstart anzeigt. Linie D ist eine Musterspeicheradresse. Linie E ist ein Zieldatenstrom. Linie F ist ein Maskenstrom. Linie G zeigt den Anpassungsende-Zustand an. Linie H ist ein Erkennungssignal.
Diese Funktionalität wurde beschrieben, als ob der Eingangsdatenstrom ein einzelnes Bit breit wäre. Einige neuere serielle Protokolle weisen einen seriellen Datenstrom auf, der mehrere Bits breit ist. Die Erweiterung der Technik auf solche Ströme, die hier beschrieben ist, ist offensichtlich, d. h. die Breite der Muster in dem Musterspeicher 34 und der Musteranpassungsschaltung 36 wird erhöht, um mit der Breite des Eingangsdatenstroms übereinzustimmen.
9 stellt ein Zeitgebungsdiagramm dar, wenn der Zeitgebungspaketdetektor als ein Ereignisauslösergenerator verwendet wird. Jeder Knoten ist mit dem Kommunikationsmedium verbunden. Der Knoten A initiiert ein Zeitgebungspaket, das zu immer späteren Zeiten entlang des Netzwerks durch die anderen Knoten erfasst wird, wie in dem Zeitgebungsdiagramm 1 angezeigt ist. Der TPD jedes Knotens erkennt und erfasst das Zeitgebungspaket und erzeugt das Erkennungssignal, das für einen Anwendungszweck verwendet wird, z. B. das Schließen eines Relais. Diese Pulse sind zeitlich voneinander um die entsprechenden Ausbreitungsverzögerungen versetzt. Wenn die Ausbreitungsverzögerungen gemessen werden, wie nachfolgend erörtert wird, dann können die Pulse durch den TSB jedes Knotens um den Betrag verzögert werden, der gezeigt ist, was zu gleichzeitigen Pulsen führt, wie in dem Zeitgebungsdiagramm 2 gezeigt ist.
10 zeigt ein Zeitgebungsdiagramm, wenn der Zeitgebungspaketdetektor zum Messen der Ausbreitungsverzögerung oder der Latenzzeit zwischen zwei Knoten verwendet wird. Somit sendet der Knoten A ein Zeitgebungspaket „a", das durch den TPD bei A gesehen wird, zu einer lokalen Zeit von 100 ns und an dem TPD von B zu einer lokalen Zeit von 80 ns. Als nächstes sendet der Knoten B das Zeitgebungspaket „b", das durch den TPD bei B zu der lokalen Zeit von 200 ns gesehen wird und an dem TPD von A zu einer lokalen Zeit von 300 ns. Es ist vernünftig anzunehmen, dass die Verzögerung symmetrisch ist, da entsprechende Verzögerungen durch beide Pakete in jedem Knoten und dem Medium angetroffen werden. Nachdem die zwei Knoten einen zweiten Satz von Synchronisierungsnachrichten austauschen, wobei jeder die entsprechend gemessene Zeit enthält, kann jeder Knoten berechnen, dass die offensichtliche A-zu-B-Ausbreitungszeit –20 ns ist und die offensichtliche B-zu-A-Ausbreitungszeit 100 ns ist. Der Durchschnitt derselben ist die tatsächliche Verzögerung, 40 ns. Es ist ebenfalls offensichtlich, dass der lokale Takt bei Knoten B dem Takt bei Knoten A um 60 ns zu der Zeit des Experiments nacheilt.
11 stellt das Zeitgebungsdiagramm dar, wenn der Zeitgebungspaketdetektor zum Einstellen der lokalen Takte von zwei Knoten verwendet wird, so dass sie synchron und syntonisch sind. Bei diesem Beispiel ist Knoten A die Taktinitiierungssynchronisation. Die Zeiten der Erfassung der verschiedenen Pakete durch die TPDs jedes Knotens werden nachfolgend erwähnt. Es sei z. B. angenommen, dass die Ausbreitungsverzögerung zwischen den zwei Knoten als 40 ns wie bei der Beschreibung von 10 bestimmt wurde.
Knoten A sendet ein Zeitgebungspaket „a1", das durch den TPD A zur Zeit ta1 = 0 erfasst wird.
Das Zeitgebungspaket „a1" wird durch den TPD B zur Zeit tb1 = 140 ns erfasst.
Der Knoten A sendet eine Synchronisierungsnachricht „s1", die die Informationen ta1 = 0 enthält.
Der Knoten B empfängt „s1" und berechnet eine offensichtliche Zeitdifferenz B–A von 140 ns. Der Knoten B korrigiert diesen Wert um die bekannte Ausbreitungsverzögerung von 40 ns, um zu folgern, dass der Takt bei B vor dem Takt bei A ist, um 100 ns.
Der Knoten A sendet ein Zeitgebungspaket „a2", das durch den TPD A zur Zeit ta2 = 1 Sekunde erfasst wird.
Das Zeitgebungspaket „a2" wird durch den TPD B zur Zeit tb2 = 1 s + 240 ns erfasst.
Der Knoten A sendet eine Synchronisierungsnachricht „s2", die die Informationen ta2 = 1 s enthält.
Der Knoten B empfängt „s2" und berechnet eine offensichtliche Zeitdifferenz B–A von 240 ns. Der Knoten B korrigiert diesen Wert durch die bekannte Ausbreitungsverzögerung von 40 ns, um zu schlussfolgern, dass der Takt bei B vor A ist, um 200 ns.
Der Knoten B setzt seinen lokalen Takt zurück um 200 ns, so dass er synchron zu dem Takt bei Knoten A ist. Der Knoten B berechnet, dass zwischen „a1" und „a2", ein Intervall von 1 Sekunde an dem Takt von Knoten A, der Takt von Knoten B 100 ns gewonnen hat. Der Knoten B stellt dann die Rate seines Takts ein, um ihn um 100 ns/Sekunde zu verlangsamen.
Durch eine periodische Anwendung dieses grundlegenden Verfahrens können die Takte von zwei Knoten in Übereinstimmung gehalten werden. Es ist deutlich, wenn die grundlegende Stabilität der Oszillatoren, die die Takte treiben, angemessen ist, dass eine geeignete Mittelung einer Reihe von Messungen durchgeführt werden kann, um die Wirkung des Zitterns weiter zu reduzieren. Auf ähnliche Weise können diese grundlegenden Messungen durch eine Gesamtheit von Knoten und eine Vielzahl von Algorithmen durchgeführt werden, die in der Literatur gut dokumentiert sind, die angewendet werden, um eine allgemeine Übereinstimmung der Takte zu erzeugen.
Obwohl das Verfahren unter Verwendung eines Master-Slave-Algorithmus zwischen Knoten beschrieben wurde, kann das Zeitgebungsprotokoll auf einen verteilten Algorithmus ausgedehnt werden, durch Bereitstellen jedes Knotens mit einer vollständigen Übertragungs- und Empfangs-Fähigkeit der Zeitgebungspakete und Synchronisierungsnachrichten. Somit kann jeder Knoten die Berechnungen und Aktionen durchführen, die von dem verteilten Algorithmus benötigt werden.
12A und 12B stellen die Verwendung von Zeitgebungspaketdetektoren dar, um Zittern und Verzögerung in einem Netzwerk zu überwinden. 12A stellt die TPDs als extern zu der Übertragungsvorrichtung dar, und 12B stellt die TPD derart dar, dass sie in einer Übertragungsvorrichtung entworfen sind. Zwei Teilnetze des Kommunikationsnetzwerks A und B sind mit einer Übertragungsvorrichtung gezeigt, die den Kommunikationsweg zwischen den zwei Teilnetzen bereitstellt. Ferner sind LMAs und TPDs gezeigt, die jeder Seite der Übertragungsvorrichtung dienen und mit den entsprechenden Kommunikationsmedien kommunizieren. Die zwei TPDs und LMAs sind ferner mit einem gemeinsamen TSB in Wechselwirkung.
Es gibt zwei Möglichkeiten, auf die die Komponenten, die in 12A und 12B dargestellt sind, verwendet werden können, um eine Taktübereinstimmung bei zeitkritischen Knoten zu erreichen, die durch die Übertragungsvorrichtung getrennt sind. Die erste ist für alle Knoten in beiden Teilnetzen, A und B, übereinzustimmen, dass der „Takt in dem TSB, der der Übertragungsvorrichtung zugeordnet ist", der Master-Takt ist, und die zeitkritischen Knoten mit diesem Master-Takt zu synchronisieren und syntonisieren, wie vorangehend beschrieben wurde.
Eine zweite Technik ist das Vorhandensein der TPDs und des TSB an der Übertragungsvorrichtung zum Aufzeichnen der Zeit, die Zeitgebungspakete beim Übertragen durch die Übertragungsvorrichtung verbrauchen, und diese zusätzliche Verzögerung pro Paket den Knoten zu berichten, die das Zeitgebungspaket empfangen, so dass sie die zusätzliche Verzögerung korrigieren können.
In beiden Fällen können das Kommunikations-Protokoll und -Medium auf der A- und B-Seite der Übertragungsvorrichtung unterschiedlich sein, ohne einen Genauigkeitsverlust, da die Verzögerung bei dem Erfassungsprozess der zwei TPDs konstant ist und basierend auf dem Protokoll und dem Erfassungs- und Erkennungs-Muster berechnet werden kann. Zusätzlich dazu, unter Verwendung der vorangehend beschriebenen Techniken, kann der Takt der Übertragungsvorrichtung gleichzeitig mit einem Knoten in einem ersten Teilnetz synchronisiert werden, während er als der Master-Takt für Knoten in dem zweiten Teilnetz wirksam ist.
Die Offenbarungen in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/360,508, von der diese Anmeldung Priorität beansprucht, und in der Zusammenfassung, die dieser Anmeldung beiliegt, sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen.

Claims

Ein Datenkommunikationsnetzwerk, das eine verteilte Zeitsynchronisierung aufweist, das folgende Merkmale aufweist: einen ersten Knoten (2) zum Erzeugen eines ersten Zeitgebungsdatenpakets, wobei der erste Knoten wirksam ist, um eine lokale Übertragungszeit des ersten Zeitgebungsdatenpakets zu erfassen und die lokale Übertragungszeit in einer entsprechenden separaten zugeordneten Meldung zu übertragen; einen zweiten Knoten (2) zum Empfangen des ersten Zeitgebungsdatenpakets und der separaten zugeordneten Meldung, der folgende Merkmale umfasst: eine lokale Medienzugriffseinrichtung (8) zum Beobachten von Paketen und separaten zugeordneten Meldungen, wobei ein Zeitgebungspaketdetektor (16) mit der lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist und wirksam ist, um ausschließlich Ankünfte und Absendungen der Pakete und einen lokalen Takt zu erfassen; und eine Kommunikationseinrichtung (14) zum Übertragen der Pakete und der separaten zugeordneten Meldungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten; wobei der zweite Knoten (2) wirksam ist, um eine Synchronisierungs- und/oder Abstimmungs-Aktion an seinem lokalen Takt zu bewirken, wenn der Zeitgebungspaketdetektor desselben die Ankunft des ersten Zeitge bungsdatenpakets und der getrennten zugeordneten Meldung erfasst.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 1, bei dem; der erste Knoten (2) folgende Merkmale aufweist: einen ersten lokalen Takt (22); eine lokale Medienzugriffseinrichtung (8) zum Beobachten von Paketen und Meldungen; einen Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Ankünften und Absendungen von Paketen; und einen ersten Zeitserver (10), der mit dem Zeitgebungspaketdetektor des ersten Knotens und des ersten lokalen Takts verbunden ist, zum Markieren einer Erfassungszeit für Pakete und zum Erzeugen einer Meldung, die der Erfassung eines Pakets entspricht, wobei der erste Zeitserver wirksam ist, um eine erste Zeitsynchronisierungsmeldung zu erzeugen, die eine Absendungszeit für das erste Zeitgebungsdatenpaket enthält, wenn der Zeitgebungspaketdetektor des ersten Knotens das erste Zeitgebungsdatenpaket erfasst, das von der lokalen Medienzugriffseinrichtung des ersten Knotens abgesendet wird; und der zweite Knoten (2) folgende Merkmale aufweist: einen zweiten lokalen Takt (22); einen zweiten Zeitserver (10), der mit dem zweiten lokalen Takt verbunden ist, wobei der Zeitgebungspaketdetektor des zweiten Knotens und die lokale Medienzugriffseinrichtung des zweiten Knotens zum Markieren einer Erfassungszeit für Pakete und Erzeugen einer Meldung, die einer Erfassung eines Pakets entspricht, vorliegen, wobei der zweite Zeitserver wirksam ist, um die Ankunft des ersten Zeitgebungsdatenpakets zu markieren; einen Komparator (36), der mit dem zweiten Zeitserver verbunden ist, zum Empfangen der ersten Zeitsynchronisierungsmeldung, Vergleichen der Absendezeit und der Ankunfts zeit des ersten Zeitgebungsdatenpakets und Erzeugen eines ersten Differenzsignals, das eine offensichtliche Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Takt anzeigt, und eine Fehlerkorrektureinrichtung (24), die mit dem Komparator zum Einstellen des zweiten lokalen Takts verbunden ist, wobei der zweite lokale Takt gemäß dem ersten Differenzsignal synchronisiert ist.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk, das eine verteilte Zeitsynchronisierung aufweist, gemäß Anspruch 2, bei dem der zweite Knoten wirksam ist, um ein zweites Zeitgebungsdatenpaket zu erzeugen, und der zweite Zeitserver wirksam ist, um eine zweite Zeitsynchronisierungsmeldung zu erzeugen, die eine Absendezeit für das zweite Zeitgebungsdatenpaket enthält, wenn der Zeitgebungspaketdetektor des zweiten Knotens das zweite Zeitgebungsdatenpaket erfasst, das von der lokalen Medienzugriffseinrichtung des zweiten Knotens abgesendet wird; wobei der Zeitgebungspaketdetektor (6) des ersten Knotens (2) wirksam ist, um das zweite Zeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das an der lokalen Medienzugriffseinrichtung des ersten Knotens ankommt; wobei der erste Knoten einen Komparator (36) umfasst, der mit dem ersten Zeitserver verbunden werden kann und wirksam ist, um die Absendezeit und die Ankunftszeit des zweiten Zeitgebungsdatenpakets zu vergleichen und ein zweites Differenzsignal zu erzeugen, das eine offensichtliche Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten lokalen Takt anzeigt; wobei der erste Zeitserver (10) wirksam ist, um eine Zeitausbreitungsmeldung zu erzeugen, die das zweite Differenzsignal enthält; wobei der Komparator des zweiten Knotens wirksam ist, um eine Ausbreitungsverzögerung zwischen den Zeitgebungspaketdetektoren des ersten und des zweiten Knotens zu bestimmen, unter Verwendung der ersten Synchronisierungsmeldung und der Zeitausbreitungsmeldung, wenn der zweite Zeitserver die Zeitausbreitungsmeldung empfängt.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 3, bei dem der Komparator des zweiten Knotens wirksam ist, um das erste Differenzsignal gemäß der Ausbreitungsverzögerung einzustellen.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 4, bei dem die Kommunikationseinrichtung (4) ein erstes Teilnetz, das mit dem ersten Knoten verbunden ist, ein zweites Teilnetz, das mit dem zweiten Knoten verbunden ist und eine Übertragungsvorrichtung (6) aufweist, die zwischen das erste Teilnetz und das zweite Teilnetz geschaltet ist, wobei die Übertragungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Übertragungsvorrichtungstakt (22); eine Übertragungseinrichtung, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist, zum Übertragen von Paketen zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz; eine erste lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem ersten Teilnetz verbunden ist, zum Beobachten von Paketen und Meldungen; einen ersten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der ersten lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Ankünften und Absendungen von Paketen, der wirksam ist, um das erste Zeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das an der ersten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung ankommt, und um ein erstes Übertragungserkennungssignal zu erzeugen; eine zweite lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem zweiten Teilnetz verbunden ist, zum Beobachten von Paketen und Meldungen; einen zweiten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Ankünften und Absendungen von Paketen, der wirksam ist, um das erste Zeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das von der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung abgesendet wird, und um ein zweites Übertragungserkennungssignal zu erzeugen; einen Übertragungsvorrichtungszeitserver (10), der mit dem Übertragungsvorrichtungstakt verbunden ist, zum Empfangen eines ersten und eines zweiten Übertragungserkennungssignals und zum Aufzeichnen einer lokalen Ankunftszeit für das erste Zeitgebungsdatenpaket und einer lokalen Absendezeit für das erste Zeitgebungsdatenpaket; und eine Recheneinrichtung (24), die mit dem Übertragungsvorrichtungszeitserver verbunden ist, zum Berechnen einer ersten Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit von der lokalen Ankunftszeit und der lokalen Absendezeit des ersten Zeitgebungsdatenpakets und zum Erzeugen einer Übergangszeitmeldung, die die erste Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit enthält, und bei der der Komparator des zweiten Knotens das erste Differenzsignal gemäß der ersten Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit einstellt.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 5, bei dem: der erste Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspa ketdetektor (6) wirksam ist, um das zweite Zeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das an der ersten lokalen Übertragungszugriffsmedieneinrichtung ankommt; der zweite Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6) das zweite Zeitgebungsdatenpaket erfasst, das von der zweiten lokalen Übertragungszugriffsmedieneinrichtung abgesendet wird; der Übertragungsvorrichtungszeitserver (10) eine lokale Ankunftszeit und eine lokale Absendezeit für das zweite Zeitgebungsdatenpaket aufzeichnet; die Recheneinrichtung (24) eine zweite Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit von der lokalen Ankunftszeit und der lokalen Absendezeit für das zweite Zeitgebungsdatenpaket berechnet und eine zweite Übergangszeitmeldung erzeugt, die die zweite Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit enthält; und der Komparator (36) des ersten Knotens das zweite Differenzsignal gemäß der zweiten Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit einstellt.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 4, bei dem die Kommunikationseinrichtung (4) ein erstes Teilnetz, das mit dem ersten Knoten (2) verbunden ist, ein zweites Teilnetz, das mit dem zweiten Knoten (2) verbunden ist, und eine Übertragungsvorrichtung (6) aufweist, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist, wobei die Übertragungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Übertragungsvorrichtungstakt (22); eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Paketen zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist; eine erste lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem ersten Teilnetz zum Beobachten von Paketen und Meldungen verbunden ist; einen ersten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der ersten lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Absendungen von Paketen und Meldungen, der wirksam ist, um das erste Zeitgebungsdatenpaket von dem ersten Knoten zu erfassen und ein erstes Übertragungserkennungssignal zu erzeugen; einen Übertragungsvorrichtungszeitserver (10), der mit dem Übertragungsvorrichtungstakt verbunden ist, zum Markieren der Ankunft des ersten Zeitgebungsdatenpakets und zum Erzeugen von Paketen und Meldungen, die dem ersten Zeitgebungsdatenpaket entsprechen; einen Komparator (36), der mit dem Übertragungsvorrichtungszeitserver verbunden ist, zum Empfangen der ersten Zeitsynchronisierungsmeldung von dem ersten Knoten, Vergleichen der Absendezeit und der Ankunftszeit des ersten Zeitgebungsdatenpakets und Erzeugen eines Übertragungsdifferenzsignals, das eine offensichtliche Differenz zwischen dem ersten lokalen Takt (22) und dem Übertragungsvorrichtungstakt anzeigt; eine Übertragungsfehlerkorrektureinrichtung (24), die mit dem Komparator zum Synchronisieren des Übertragungsvorrichtungstakts gemäß dem Übertragungsdifferenzsignal verbunden ist; eine zweite lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem zweiten Teilnetz zum Beobachten von Paketen und Meldungen verbunden ist; und einem zweiten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der zweiten lokalen Medienzugriffseinrichtung zum Erfassen von Absendungen von Paketen und Meldungen verbunden ist, wobei der zweite Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor wirksam ist, um das erste Zeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das von der zweiten lokalen Übertragungszugriffseinrichtung abgesendet wird, wobei der Übertragungsvorrichtungszeitserver wirksam ist, um eine Übertragungssynchronisierungsmeldung zu erzeugen, die die Absendezeit des ersten Zeitgebungsdatenpakets enthält, und wobei der Komparator des zweiten Knotens wirksam ist, um das zweite Differenzsignal gemäß der Übertragungssynchronisierungsmeldung einzustellen.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 4, bei dem die Kommunikationseinrichtung (4) ein erstes Teilnetz, das mit dem ersten Knoten (2) verbunden ist, ein zweites Teilnetz, das mit dem zweiten Knoten (2) verbunden ist und eine Übertragungsvorrichtung (6) aufweist, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist, wobei die Übertragungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Übertragungsvorrichtungstakt (22); eine Übertragungseinrichtung, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist, zum Übertragen von Paketen zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz; eine erste lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem ersten Teilnetz zum Beobachten von Paketen und Meldungen verbunden ist; einen ersten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der ersten lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Absendungen der Pakete und Meldungen, der wirksam ist, um das erste Übertragungszeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das von der ersten lokalen Übertragungs zugriffsmedieneinrichtung absendet wird, und um ein erstes Übertragungserkennungssignal zu erzeugen; eine zweite lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem zweiten Teilnetz verbunden ist, zum Beobachten der Pakete und Meldungen; einen zweiten Übertragungsvorrichtungs-Zeitgebungspaketdetektor (6), der mit der zweiten lokalen Medienzugriffseinrichtung verbunden ist, zum Erfassen von Absendungen der Pakete und Meldungen, der wirksam ist, um ein zweites Übertragungszeitgebungsdatenpaket zu erfassen, das von der zweiten lokalen Übertragungszugriffseinrichtung abgesendet wird, und um ein zweites Übertragungserkennungssignal zu erzeugen; einen Übertragungsvorrichtungszeitserver (10), der mit dem Übertragungsvorrichtungstakt verbunden ist, zum Erzeugen von Paketen und Meldungen, Empfangen des ersten und des zweiten Übertragungserkennungssignals und Aufzeichnen einer lokalen Absendezeit für das erste Übertragungszeitgebungsdatenpaket und einer lokalen Absendezeit für das zweite Übertragungszeitgebungsdatenpaket; und eine Recheneinrichtung (24), die mit dem Übertragungsvorrichtungszeitserver verbunden ist, zum Erzeugen einer ersten Übertragungssynchronisierungsmeldung, die die lokale Absendezeit für das erste Übertragungszeitgebungsdatenpaket enthält, und einer zweiten Übertragungssynchronisierungsmeldung, die die lokale Absendezeit für das zweite Übertragungszeitgebungsdatenpaket enthält, wobei der Komparator des ersten Knotens wirksam ist, um das zweite Differenzsignal gemäß der ersten Übertragungssynchronisierungsmeldung einzustellen, und wobei der Komparator des zweiten Knotens wirksam ist, um das erste Differenzsignal gemäß der zweiten Übertragungssynchronisierungsmeldung einzustellen.
Ein Datenkommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 8, bei dem: die Übertragungsvorrichtung (6) wirksam ist, um das zweite Zeitgebungsdatenpaket und die zweite Zeitsynchronisierungsmeldung von dem zweiten Knoten und das erste Zeitgebungsdatenpaket und die erste Zeitsynchronisierungsmeldung von dem ersten Knoten zu empfangen; wobei die Recheneinrichtung (24) wirksam ist, um eine erste Teilnetzausbreitungsverzögerung zwischen dem ersten Knoten und der Übertragungsvorrichtung und eine zweite Teilnetzausbreitungsverzögerung zwischen dem zweiten Knoten und der Übertragungsvorrichtung zu bestimmen; wobei der Komparator des ersten Knotens das zweite Differenzsignal gemäß der ersten Teilnetzausbreitungsverzögerung einstellt; und der Komparator des zweiten Knotens das erste Differenzsignal gemäß der zweiten Teilnetzausbreitungsverzögerung einstellt.
Eine Netzwerkübertragungsvorrichtung zum Übertragen von Paketen und zugeordneten Meldungen zwischen einem ersten und einem zweiten Teilnetz eines Netzwerks, die folgende Merkmale aufweist: einen Übertragungsvorrichtungstakt (22); eine Übertragungseinrichtung, die zwischen das erste und das zweite Teilnetz geschaltet ist, zum Übertragen von Paketen zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnetz, wobei jedes Paket eine lokale Übertragungszeit und eine zugeordnete Meldung aufweist; eine erste lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem ersten Teilnetz verbunden ist, zum Beobachten der Pakete und der separaten zugeordneten Meldungen, wobei die lokale Übertragungszeit jedes Pakets innerhalb der separaten zugeordneten Meldung enthalten ist; einen ersten Zeitgebungspaketdetektor (6), der nur auf eine Bewegung eines Zeitgebungspakets an der ersten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung anspricht, um ein erstes Erkennungssignal zu erzeugen, das die Zeit der Erfassung anzeigt; eine zweite lokale Übertragungsmedienzugriffseinrichtung (8), die mit dem zweiten Teilnetz verbunden ist, zum Beobachten der Pakete und der separaten zugeordneten Meldungen; einen zweiten Zeitgebungspaketdetektor (6), der nur auf eine Bewegung eines Zeitgebungspakets an der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung anspricht, um ein zweites Erkennungssignal zu erzeugen, das die Zeit der Bewegung anzeigt; einen Übertragungsvorrichtungszeitserver (10) zum Aufzeichnen von Bewegungszeiten für Zeitgebungsdatenpakete gemäß dem ersten und dem zweiten Erkennungssignal; und eine Recheneinrichtung (24), die mit dem Übertragungsvorrichtungszeitserver verbunden ist, zum Erzeugen von Zeitmeldungen, die die Zeiten der Bewegung der Zeitgebungspakete an der ersten und der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung darstellen.
Eine Netzwerkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der: der erste Zeitgebungspaketdetektor (6) wirksam ist, um eine Ankunft eines Zeitgebungsdatenpakets an der ersten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung zu erfassen, der zweite Zeitgebungspaketdetektor (6) wirksam ist, um ein Absenden desselben Zeitgebungsdatenpakets von der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung zu erfassen; die Recheneinrichtung (24) wirksam ist, um eine Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit für das Zeitgebungsdatenpaket zu berechnen; und die Zeitmeldung die Übertragungsvorrichtungs-Übergangszeit aufweist.
Eine Netzwerkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Übertragungsvorrichtung wirksam ist, um das zweite Zeitgebungsdatenpaket und die zweite Zeitsynchronisierungsmeldung von dem zweiten Knoten zu empfangen und das erste Zeitgebungsdatenpaket und die erste Zeitsynchronisierungsmeldung von dem ersten Knoten zu empfangen, und bei der die Recheneinrichtung (24) wirksam ist, um eine erste Teilnetzausbreitungsverzögerung zwischen dem ersten Knoten und der Übertragungsvorrichtung und eine zweite Teilnetzausbreitungsverzögerung zwischen dem zweiten Knoten und der Übertragungsvorrichtung zu bestimmen.
Eine Netzwerkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der: der erste Zeitgebungspaketdetektor (6) wirksam ist, um ein Absenden eines ersten Zeitgebungsdatenpakets aus der ersten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung zu erfassen, der zweite Zeitgebungspaketdetektor (6) wirksam ist, um ein Absenden eines zweiten Zeitgebungsdatenpakets aus der zweiten lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung zu erfassen; und die Zeitmeldung, die durch die Recheneinrichtung (24) erzeugt wird, eine Synchronisierungsmeldung aufweist, die die Absendezeit von zumindest einem der Zeitgebungsdatenpakete von der entsprechenden lokalen Übertragungsmedienzugriffseinrichtung umfasst.