SE507227C2 - Metod och anordning för synkronisering av tidsstämpling - Google Patents

Description

15 20 25 30 7stämpelklocka. 507227 2 Om man har symmetriska fördröjningar resulterar detta i ett mycket bra värde. Tyvärr är ofta så inte fallet eftersom paketet kan ta olika vägar på fram- och tillbakavägen och då passera delar av nätverket med högst olik belastningsgrad. Detta är speciellt utpräglat för t.ex. asynkron överförings mod, ofta benämnt ATM (êsynchronous ïransfer gode)-nätverk.

Exempel på en- och två-punkts mätningar kan vara t.ex. cellöverföringsfördröjning benämnt CTD (eng. Qell Éransfer Delay) och cellfördröjningsvariation benämnt CDV (eng. Qell Qelay yariation).

I ATM-nätverk delas ett antal paket in i ett block av en prestandastyrfunktion benämnt, PM (eng. Eerformance management)- funktion. Efter varje block följer ett PM-paket vilken förmedlar olika egenskapsrelaterade storheter, bl.a.

Detta värdet på källnodens värde används i målnoden för att mäta fördröjningar. Om en kombination av en snabb länk, t.ex. 622 MB/s och en liten blockstorlek, t.ex. 128 paket, används kommer detta att resultera i en stor mängd PM-paket till målnoden. Detta ställer' stora krav på processkapaciteten hos målnoden. Även antalet förbindelser kan spela in för behovet av processorkapacitet.

Att synkronisera stämpelklockor är ett problem som är väl känt.

T.ex. kan nämnas nätverktidsprotokoll, benämnt NTP (fietwork Eime grotocol) vilket används för att synkronisera tidsstämpling i Internet. Noggrannheten för NTP ligger runt en millisekund och är därmed inte adekvat för t.ex. ATM.

Genom US 5,280,629, Technique for measuring channel delay, är det känt att använda benämnt GPS (global globalt positionerings system, gositioning §ystem)-utrustning för att synkronisera stämpelklockor i syfte att mäta tidsfördröjningar mellan två noder i ett nätverk. 10 15 20 25 3 507227 använda GPS för att enligt US 5,280,629, är att Ett problem med att synkronisera stämpelklockor, om GPS-signalen försvinner, t.ex. på grund av atmosfäriska störningar, förloras synkroniseringen mycket fort. ^ nnnocönzrsn För. UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning angriper ett problen1 hur man erhåller synkroniserade stämpelklockor i. ett nätverk, företrädesvis ett ATM-nätverk, med tillräcklig noggrannhet och tillförlitlighet.

Ett annat problem uppfinningen angriper är hur synkroniseringen görs okänslig för störningar i GPS-utrustning.

Ett annat problenm föreliggande uppfinning angriper är hur man åstadkommer ,ett format, för att förmedla tidsvärden, vilket _kräver ett minimum av processorkapacitet Ett annat problen\ föreliggande uppfinning angriper är hur man mäter fördröjningar i förmedlingen av paket i ett paketförmedlat nätverk, företrädesvis ett ATM-nätverk, med tillräcklig noggrannhet och tillförlitlighet. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att synkronisera stämpelklockorna i olika noder i ett nätverk, företrädesvis ett ATM-nätverk, med tillräcklig noggrannhet och tillförlitlighet.

Ett annat ändamål är att nßjliggöra mätningar av fördröjningar vid förmedling av paket i ett paketförmedlat nätverk, företrädesvis ett ATM nätverk, med tillräcklig stor noggrannhet och tillräcklig tillförlitlighet.

Ytterligare ett annat ändamål är att underlätta behandlingen av tidsvärden förmedlade mellan två noder i ett nätverk.

Föreliggande uppfinning löser ovan nämnda problem med att synkronisera stämpelklockor i olika noder i ett nätverk genom att stämpelklockorna är faslåsta till nätverkssynkroniserings-klockor 10 15 20 25 30 ' vid överföring av' tidsvärden vilket kan användas direkt, 507227 4 samt att stämpelklockorna erhåller absoluttid från en GPS- mottagare.

Föreliggande uppfinning löser ovan nämnda problem med att uderlätta behandling av tidsvärden genom att införa ett format utan översättningar, för att beräkna tidskillnader.

Mer utförligt består lösningen av en GPS-mottagare vilken ger tid på dagen, benämnt TOD (Éime Qf Qay) PPS (guls och puls per sekund, benämnt ger §econd) till en synkroniseringsfunktion.

Synkroniseringsfunktionen använder TOD för att erhålla en absoluttid för erhålls en de olika stämpelklockan i en nod. Därmed synkroniserad absolut tid mellan stämpelklockorna i noderna med en upplösning på 1 sekund. PPS pulsen används för att erhålla en noggrannhet på 1 mikrosekund mellan stämpelklockorna.

Stämpelklockorna i de olika noderna i nätverket är faslàsta till nätverks-synkroniseringsklockor. Nätverkssynkroniseringsklockorna är klockor i den normala synkroniseringshierarkien för det fysiska gränssnittet i ett telekom nätverk. Eftersom alla nätverkselement är faslàsta i nätverkssynkroniseringshierarkien garanterar detta att alla stämpelklockor är faslàsta. Genom az: bestämma frekvensen på stämpelklockorna kan en godtyckligt ta; sekund. Noggrannheten på oss upplösning erhållas inom varje absoluta tiden bestäms av noggrannheten hos PPS. till GPS:en faslàsta nätverks- till Genom att stämpelklockorna är synkroniseringsklockorna och inte fortsatte: stämpelklockorna att ha hög noggrannhet även om ett fel skul;e uppstå på GPS-utrustningen eller om signalen från GPS-satelliten skulle störas.

En fördel med föreliggande uppfinning är att en hög noggrannhet och tillförlitlighet erhålls vid synkroniseringen av stämpelklockor. 10 15 20 25 5 507227 En annan fördel är att uppfinningen blir okänslig mot fel i GPS- utrustningen.

Ytterligare en fördel är att en stor mängd tidsvärden kan hanteras samtidigt pà ett effektivt sätt samt att den absoluta 'tiden för sändning och mottagning kan erhållas.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en översikt av ett nätverk enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 2 visar schematiskt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 3 visar schematiskt en annan utföringsform av uppfinningen.

Figur 4 visar ett schematiskt kretsschema av synkroniseringen.

Fönnnnasm uwrönmssrommn I figur 1 betecknas med 101 en första nod i ett nätverk. Nöden 101 är källnoden för en mätning av fördröjningen vid förmedlingen av ett paket 102 till en nod 103 kallad målnod. Paketet 102 visas vid en första tidpunkt vid noden 101 och betecknas då l02a. Y;c denna tidpunkt lagras värdet av stämpelklockan i nod 101 ; paketet och paketet förmedlas via länken 104 till ett nätverk 105. Nätverket 105 är ett ATM-nätverk i vilket paketet 101 passerar ett antal noder innan det, vid en andra tidpunkt l02b, anländer till noden 103 via en länk 106. I nod 103 läses värdet av stämpelklockan i noden 103 samtidigt som paketet 102 anländer.

Detta värde jämförs med värdet lagrat i paketet 102 varvid fördröjningen kan beräknas. Med 107 betecknas en nätverkssynkroniseringsklocka i nätverkssynkroniseringshierarkin. 10 15 20 25 507227 6 Notera att även om det i. figur 1 ser ut som om det är samma nätverkssynkroniseringsklocka 107 som förser båda noderna 101, 103 med pulser så behöver inte så vara fallet. Det kan mycket väl men till varandra faslàsta, vara olika, nätverkssynkroniserings- klockor som förser de olika noderna i nätverket med pulser.

Stämpelklockorna i noderna 101 och 103 är faslàsta till nätverkssynkroniseringsklockan 107. Vidare har noderna 101 och 103 GPS-mottagare för att ta emot en signal innehållande TOD och PPS från en GPS-satellit 108.

Tidsvärdet skickas, i ATM-nätverk, benämnt TSTP. TSTP-fältet är 32 bitar och tidsvärdet lagras som de 32 mikrosekunder sedan 00:00:00 den första januari 1972. Genom att i ett PM-paket 102 i ett fält minst signifikanta bitarna av antalet förlupna ingen kodning sker vid lagringen har mottagande nod bara att läsa samt subtrahera för att beräkna t.ex. tidsskillnader. Detta underlättar behandlingen vid beräkning av tidsfördröjninger gentemot att använda någon form. av kodning vilket skulle öka processorbelastningen vid beräkningar.

Genom att betrakta figur 2 kan vi få en tydligare bild av hur synkroniseringen av stämpelklockorna gàr till. En nod 101 ar källnod för en mätning av fördröjningar mellan nod 101 och en n~; 103. Nod 103 är nàlnod för mätningen. Ett paket 102 förmed¿fl över ett ATM-nätverk 105. Med 107 betecknas en nätverkssynkroniseringsklocka och med 108 en GPS-satellit. Pre:;f som för figur 1 gäller även för figur 2 att det kan vara tva fysiskt olika, men till varandra faslàsta, nätverks- synkroniseringsklockor som förser noderna 101 och 103 med pulsez. figur En jämförelse med numreringen i 1 och figur 3 görs 1 nedanstående tabell: 10 15 20 25 ~funktion 209. \l on c: s: m n J sa Figur 1 Figur 2 Figur 3 Källnod 101 101 301 Målnod 103 103 302 Paket 102 102 303 ATM nätverk 105 105 304 Nätverkssynkroniserings 107 107 305 klocka GPS-satellit 108 108 306 Vidare betecknas med 207 en GPS-mottagare i nod 101. Mottagaren 207 mottar TOD och PPS från en signal vilken GPS-satelliten 108 skickar. På samma sätt tar en GPS-mottagare 208 i noden 103 mot TOD och PPS från samma GPS-satellit 108. GPS-mottagaren 207 skickar information om TOD och PPS till en synkroniserings- Funktionen 209 lagrar värdet av TOD i ett minne vilket utgör en del av en stämpelklocka 213. På liknande sätt fungerar en synkroniseringsfunktion 210 i nod 103 med en stämpelklocka 214. Genom att lagra TOD plus en sekund exakt när nästa PPS mottages erhålls en absolut tid vilken är lika i alla noder med en noggrannhet pà en mikrosekund. TOD erhålls från GPS- satelliten 108 med en upplösning på 1 sekund och PPS erhålls med en noggranhet på 1 mikrosekund eller bättre. En PLL (gbase åocked 211, 212 i 101, 103 är nätverkssynkroniseringsklockan 107 i Eoop) vardera noden faslâst till nätverkssynkroniserings- 214 med För varje puls som anländer till stämpelklockorna hierarkin. PLL:erna 211, 212 förser stämpelklockorna 213, ett pulstág. 213, på l Mhz motsvarar varje uppräkning en mikrosekund. 214 räknas dessa upp. Om PLL:erna 211, 212 har en frekvens Noggrannheten hos PPS-signalen beror på en. mängd olika saker, bl.a. vilken mottagarutrustning som används samt olika typer av korrigeringar. Som regel kan man dock säga att sämsta noggrannhet är en mikrosekund men betydligt bättre värden kan erhållas med förfinade instrument och positionsbestämmelser. 10 15 20 25 30 _GPS:en, 507227 8 Synkronisering av stämpelklockorna 213, 214, TOD-värde lagras, sker relativt sällan, mellan en gång var tionde dvs när ett nytt minut och en gång om dagen. När synkroniseringen sker kan ett fel uppstå om PLL:erna 211, 212 inte har exakt samma frekvens som t.ex. kan det vara så att PLL:erna 211, 212 endast har räknat 999 999 mikrosekunder när nästa PPS puls kommer. Det innebär att det blir ett glapp på en mikrosekund. För att åtgärda detta fel kan en rad olika åtgärder vidtas, t.ex. kan ett meddelande skickas med nästa paket, avsett för fördröjningsmätning, vilket indikerar att en synkronisering har genomförts. Ett annat alternativ är att negligera felet eftersom effekterna pá ett stort antal mätningar försvinner. Ett tredje alternativ är att synkronisera tillräckligt ofta för att felet bli mätningen. ska mindre än en mikrosekund vilket då inte påverkar 'I föreliggande utföringsform har PPL:erna 211, 212 en frekvens på 1 Mhz att hälla till synkroniseringsklockan 107 garanteras att alla stämpelklockor går och genom den faslåst nätverks- lika fort. PLL:en 211 förser stämpelklockan 213 med en puls varje mikrosekund. För att erhålla en stämpelklocka med både upplösning och noggranhet pà en Inikrosekund kombineras de ovan beskrivna tidmätarna. Milli- upp med PLL:en 211 och absoluttiden erhålls av TOD och PPS vid och mikrosekund delarna av tidsvärdet räknas synkroniseringen. På motsvarande sätt fungerar PLL:en 212 i noden 103.

I en annan utföringsform har PLL:erna 211, 212 en frekvens på 10 Mhz. Detta medför en skillnad mellan den absoluta upplösningen och den relativa upplösningen. Den absoluta upplösningen kommer fortfarande att vara 1 mikrosekund givet av PPS signalen vilket innebär att upplösningen för att mäta absoluta tidsfördröjningar fortfarande är en mikrosekund. Däremot kan man mäta alla relativa storheter med en upplösning av 0.1 mikrosekunder t.ex variationer i fördröjningar, CDV. ul 10 15 20 25 30 9 507227 Genom att PLL:erna 211 och 212 är faslàsta till nätverkssynkroniseringshierarkin är en PPS-puls inte nödvändig för att behålla noggrannheten hos PLL:erna 211 och 212. Även om PPS-pulsen faller bort fortsätter PLL:erna 211 och 212 att vara _ synkroniserade en mycket lång tid. till noden 103 jämförelsefunktion 215 tidsvärdet från paketet 102 och jämför det När paketet 102 anländer läser en med värdet av stämpelklockan 214. På det viset kan beräkningar av t.ex. CDV och CTD göras.

I en annan utföringsform enligt figur 3 används ingen PLL utan 310, 311 nätverkssynkroniseringsklocka 305 i två stämpelklockor erhåller pulser direkt från en nätverkssynkroniserings- hierarkin. Även här gäller, som för figur 1 och 2, att det kan mycket väl vara tvâ fysiskt olika, men till varandra faslàsta, Ånätverkssynkroniseringsklockor som ger de olika noderna 301, 302 pulser. I denna uföringsform är en GPS-mottagare 307 centraliserad genom att vara lokaliserad i en nod 313. Genom att GPS-mottagaren 307 kan förmedla GPS-signalen från en satellit 306 till två noder 301 och 302 utan att noggrannheten i PPS-signalen går förlorad kan synkroniseringen ske med tillräcklig noggrannhet. I övrigt är denna utföringsform analog med den ovan beskrivna. En synkroniseringsfunktionen 308 samordnar' TOD, PPS från 310 vilken lagrar ett tidsvärde i ett paket 303. och pulser nätverkssynkroniserings-klockan 305 i stämpelklockan Paketet 303 visas i figur 3 i en första tidpunkt coh betecknas då 303a samt vid en andra tidpunkt och betecknas då 303b. 303 sänds, via ett nätverk 304 till noden 302 där det i paketet Paketet lagrade tidsvärdet läses. En jämförelsefunktion 312 jämför värdet av' en j. noden 302 lokaliserad stämpelklocka 311 med det från paketet 303 erhållna tidsvärdet. därefter beräkna CDT, Jämförelsefunktionen 312 kan CDV och andra intressanta data. På samma sätt som för noden 301 samordnar en synkroniseringsfunktion 309 TOD, PPS och pulser i noden 302. 10 15 507227 1° I figur 4 visas i detalj hur TOD, PPS och signalen från PLL:en kombineras. Med 401 betecknas en räknare vilken stegas för varje puls pà en ingång 402. På ingången 402 kommer ett pulstàg frán PLL:en 211 i figur 2 eller direkt från nätverkssynkroniserings- _ klockan 305 i figur 3 i nätverkssynkroniseringshierarkin. Med 403 register där TOD-information lagras. När TOD betecknas ett anländer fràn GPS-signalen lagras i registret 403 värdet av den erhållna TOD plus en sekund. En signal 404 sätts till ett vilket medger att en Q-utgång 405 sätts till ett och när nästa PPS-puls anländer på ingången 406 är båda ingángarna till OCH-grinden 408 ettor vilket ger en etta på en latch-ingång 407 och värdet av TOD-registret 403 skrivs in i räknaren 401.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna ooh pà ritningen visade utföringsformerna, utan kan Amodifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 . Förfarande enligt patentkrav 1, . Förfarande enligt patentkrav 1, 11 507227 PAIENTKRÄV . Förfarande för att synkronisera minst en stämpelklocka till en mängd andra stämpelklockor i ett nätverk, varvid pulser (213, 214; 310, 311) en GPS-mottagare (207, 208; 307) PPS- och TOD-information till en synkroniseringsfunktion 210; 308, 309) att beräknar, utifrån PPS, anländer till nämnda stämpelklocka med regelbundna intervall, ger (209, synkroniseringsfunktion samt nämnda värdet för nämnda (211, 212) samt att nämnda TOD och pulser, KÄNNETECKNAT av att en PLL (213, 214) PLL faslåser till en nätverkssynkroniseringsklocka (107). stämpelklocka, sänder pulser till nämnda stämpelklocka KÄNNETECKNAT av att nämnda nätverkssynkroniseringsklocka (305) sänder pulser direkt till nämnda stämpelklocka (310, 311). Förfarande enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAT av att (211, 212) nämnda PLL sänder pulser till nämnda stämpelklocka (213, 214) med en frekvens pà 1 Mhz. nämnda PLL (213, 214) Förfarande enligt patentkrav 1, KÄNNETECKNAT av att (211, 212) med en frekvens på 10 MHz. sänder pulser till nämnda stämpelklocka KÄNNETECKNAT av att nämnda synkroniseringsfunktion (209, 210; 308, 309) lagrar TOD plus en sekund i ett register (403), att nämnda synkroniseringsfunktion möjliggör skrivning av data i en (401) nämnda register, räknare efter det att TOD plus en sekund har lagrats i att när nästa PPS anländer skrivs värdet av nämnda register i nämnda räknare, att när värdet av' nämnda register skrivits i nämnda räknare omöjliggörs skrivning i nämnda andra register samt att nämnda räknare stegas för varje mottagen puls. . Anordning för att synkronisera minst en stämpelklocka i en första nod till en mängd andra stämpelklockor, omfattande 10 15 20 25 30 10 . Anordning enligt patentkrav 6, .Anordning enligt patentkrav 6, 507227 12 minst en nätverkssynkroniseringsklocka (107; varvid 103; 210; 301, 302) ta emot en GPS-signal omfattande TOD- och PPS-information, att 305), nämnda första nod (101, omfattar medel att samt att (209, anordnad att samordna nämnda pulser med TOD och (213, 214; är förbunden nämnda första nod omfattar medel att ta emot pulser, nämnda första nod omfattar en synkroniseringsfunktion 210; 308, 309) PPS för att beräkna värdet av nämnda stämpelklocka 310, 311), (211, 212) med nämnda nätverkssynkroniseringsklocka (107) (213, 214). KÄNNETECKNAD av att en PLL samt att nämnda PLL är förbunden med nämnda stämpelklocka KÄNNETECKNAD av att nämnda (310, 311) är direkt med nätverkssynkroniseringsklocka (305). stämpelklocka förbunden nämnda . Anordning enligt patentkrav 6, KÄNNETECKNAD av att nämnda första nod att (101, nämnda 103) GPS-mottagare är omfattar en GPS-mottagare (207, 208) samt förbunden med nämnda synkroniseringsfunktion (209, 210; 308, 309). KÄNNETECKNAD av att en andra (307) synkroniseringsfunktion (313) samt att nämnda GPS- mottagare (209, 210; nod omfattar en GPS-mottagare förbunden med nämnda 309). är 308, .Anordning för att mäta fördröjningar vid förmedling av paket i där nämnda nätverk omfattar minst tvâ noder, (105: 105; 304) nätverkssynkroniseringsklocka (107: 305), (101, 103; 301, 302) omfattar medel att ta emot TOD och PPS från en GPS-signal, att nämnda noder omfattar medel för att ta ett nätverk, varvid nätverket omfattar minst en att nämnda noder nämnda noder omfattar en (209, 210; 308, 309) samordna nämnda pulser med TOD och PPS för att beräkna värdet (213, 214; 310, 311) lokaliserad till (101: 301) att lagra ett tidsvärde av nämnda stämpelklocka i ett paket emot pulser, att anordnad att synkroniseringsfunktion av en stämpelklocka vardera nod, att den första noden omfattar medel 10 15 20 25 11 12 13 14 .Anordning enligt patentkrav 10, 13 507227 samt medel att förmedla nämnda paket över nämnda (103: 302), omfattar medel att läsa nämnda tidsvärde i paketet samt att (215: 312) lästa tidsvärde med ett tidsvärde av stämpelklockan KÄNNETECKNAD av att en PLL (102: 303) nätverk till den andra noden att nämnda andra nod nämnda andra nod omfattar medel att jämföra nämnda (214; 311) (211, 212) är (107) att nämnda PLL är förbunden med nämnda stämpelklocka 214). i nämnda andra nod, förbunden med nämnda nätverkssynkroniseringsklocka samt (213, .Anordning enligt patentkrav 10, KÄNNETECKNAD av att nämnda stämpelklockor (310, 311) är förbundna direkt med nämnda nätverkssynkroniseringsklocka (305). .Anordning enligt patentkrav 10, KÄNNETECKNAD av en GPS- mottagare (207, 208) lokaliserad i vardera noden (101, 103) samt att nämnda GPS-mottagare är förbundna« med nämnda synkroniseringsfunktion (209, 210; 308, 309). KÄNNETECKNAD av att en tredje (307) samt att nämnda GPS- (30l) (302: nod (313) mottagare är förbunden mednämnda första omfattar en GPS-mottagare och andra nod. .Anordning enligt patentkrav 10, KÄNNETECKNAT av att tidsvärde: lagras i paketet som de 32 minst signifikanta bitarna av de: tal vilket representerar antalet förflutna mikrosekunder sedan 00:00:00 den första januari 1972.