BRPI1105010A2

BRPI1105010A2 - metodo de sistema para sicronizar uma rede com uso de cabos de rede existentes

Info

Publication number: BRPI1105010A2
Application number: BRPI1105010-1A
Authority: BR
Inventors: Pavlo Bobrek
Original assignee: Ge Aviat Systems Llc
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-03-19
Also published as: EP2458772A2; JP2012124895A; US20120134428A1; CN102546070A; CA2759440A1

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA SINCRONIZAR UMA REDE COM O USO DE CABOS DE REDE EXISTENTES. Trata-se de um sistema de sincronização de rede (100). O sistema inclui um transmissor de sincronização (112) comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem (134) e a um receptor de mensagem (138) de um dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) de um primeiro sistema final (104) de uma rede de área local (LAN) (102), e um receptor de sincronização (118) comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem (136) e a um receptor de mensagem (140) de um dispositivo de PHY escravo (132) de um segundo sistema final (106) de uma rede de área local (LAN), sendo que o transmissor de sincronização é configurado para transmitir a mensagem de temporização para o receptor de sincronização que utiliza uma primeira conexão de par torcido diferencial (108) e que utiliza uma segunda conexão de par torcido diferencial (110), e o transmissor de sincronização é configurado para transmitir o pulso de sincronização para o receptor de sincronização que utiliza a primeira conexão de par torcido diferencial e que utiliza a segunda conexão de par torcido diferencial.

Description

"MÉTODO E SISTEMA PARA SINCRONIZAR UMA REDE COM O USO DE

CABOS DE REDE EXISTENTES" Antecedentes Da Invenção

O campo da invenção refere-se, em geral, a comunicações de rede de aviônica e, mais especificamente, a um método e um sistema para sincronizar temporariamente uma pluralidade de sistemas finais em uma rede de sistemas finais.

Em uma rede ARINC 664, parte 7, os pares diferenciais são utilizados para comunicar as mensagens entre sistemas finais, tais como hospedeiros e nós, e comutadores através de uma rede semelhante a uma Rede de Área Local Ethernet ou LAN. A garantia da integridade de dados exige a sincronização dos sistemas finais na rede em um tempo global comum (ou relógio). A precisão mínima na ordem de microssegundos é altamente desejável. Isso proporciona uma medida da atualização dos dados e um meio para medir o tempo de trânsito da fonte até o destino.

Por uma variedade de razões, alcançar esse grau de precisão é extremamente difícil utilizando-se apenas a comunicação de pacote. A sinalização fora de banda que usa fios auxiliares foi utilizada em uma tentativa de aprimorar a precisão.

O Protocolo de Tempo de Precisão (IEEE 1588) depende de comunicação em banda e hardware de carimbo de data.com muito pouca variação entre os nós. Sua precisão depende do grau ao qual o atraso em cada direção é simétrico na taxa de dados e na variação de atraso (por exemplo, devido à ordem FIFO ou de comunicação). Para obter a precisão de microssegundo, são exigidas múltiplas mensagens que mantém muitos estados.

Breve Descrição da Invenção

Em uma realização, um sistema de sincronização de rede inclui um transmissor de sincronização acoplado de modo comunicativo a um transmissor de mensagem e a um receptor de mensagem de um dispositivo de interface física mestre (PHY) de um primeiro sistema final de uma rede de uma rede de área local (LAN) e um receptor de sincronização comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem e a um receptor de mensagem de um dispositivo de PHY escravo de um segundo sistema final de uma rede de área local (LAN), em que o transmissor de sincronização é configurado para transmitir uma mensagem de temporização ao receptor de sincronização que utiliza uma primeira conexão de par torcido diferencial e que utiliza uma segunda conexão de par torcido diferencial, sendo que o transmissor de sincronização é configurado para transmitir um pulso de sincronização ao receptor de sincronização que utiliza a primeira conexão de par torcido diferencial e que utiliza a segunda conexão de par torcido diferencial.

Em outra realização, o método para sincronizar temporariamente uma pluralidade de sistemas finais em uma rede de sistemas finais inclui receber uma mensagem de sincronização que inclui um tempo de sincronização a partir de um sistema final principal através de um sistema final escravo, sendo a mensagem de sincronização recebida através de uma primeira e uma segunda conexão de interface física de par trançado entre os sistemas finais principal e escravo, e armazenar o tempo de sincronização _ recebido. O método inclui ainda receber um pulso de sincronização a partir do sistema final principal através do sistema final escravo, sendo o pulso de sincronização recebido através da primeira e segunda conexões de interface física de par trançado entre os sistemas finais principal e escravo, e sincronizar temporariamente o sistema final escravo ao sistema final principal que utiliza o tempo de sincronização e o pulso de sincronização.

Ainda em outra realização, um sistema de sincronização de rede inclui uma rede de área local (LAN) que inclui um primeiro sistema final e um segundo sistema final comunicavelmente acoplado ao primeiro sistema final que utiliza uma primeira conexão de par torcido diferencial e que utiliza uma segunda conexão de par torcido diferencial. O sistema de sincronização também inclui um transmissor de sincronização comunicavelmente acoplado a uma derivação central de pelo menos uma da primeira conexão de par torcido diferencial e uma segunda conexão de par torcido diferencial e um receptor de sincronização comunicavelmente acoplado a uma derivação central de pelo menos uma da primeira conexão de par torcido diferencial e uma segunda conexão de par torcido diferencial. Breve Descrição Dos Desenhos

As figuras 1 e 2 mostram realizações exemplificativas de um método e sistema descrito neste documento.

A figura 1 é um diagrama em blocos esquemático de um sistema de sincronização de rede de acordo com uma realização exemplificativa da presente invenção; e

A figura 2 é um diagrama em blocos esquemático de um sistema de sincronização de rede de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção.

Descrição Detalhada Da Invenção

A seguinte descrição detalhada ilustra realizações da invenção a

título de exemplo e não a título de limitação. Observa-se que a invenção tem aplicação gerai para realizações metódicas e analíticas de sincronização de rede em aplicações industriais, comerciais e residenciais.

Como utilizado neste documento, um elemento ou etapa citado no singular e procedido da palavra "um" ou "uma" não deve ser entendido como exclusão de elementos ou etapas plurais, a menos que tal exclusão seja explicitamente citada. Adicionalmente, referências a "uma realização" da presente invenção não tem a intenção de ser interpretada como uma exclusão da existência de realizações adicionais que também incorporam como características citadas.

Realizações da presente invenção incluem, por exemplo, sistemas finais, mas não estão limitados a hospedeiros e nós de rede, e também podem incluir sistemas intermediários, por exemplo, mas não estão limitados a comutadores e/ou roteadores. Os sistemas se comunicam um com o outro em uma rede através de um ou mais comutadores. Em várias realizações, a rede é uma Avionics Full-Duplex Comutadored Ethernet (AFDX) que é uma rede de dados para aplicações críticas de segurança que utilizam largura de banda dedicada enquanto proporciona Serviço de Qualidade (QoS) determinista. A AFDX é baseada em tecnologia Ethernet IEEE 802.3 e utiliza componentes comerciais padrão (COTS) e é descrita especificamente pela parte 7 da especificação ARINC 664. Esta rede de comunicação utiliza dois pares de fio diferenciais, um para transmitir e um para receber, para transmitir e receber em, por exemplo, 10 Megabits por segundo ou 100 Megabits por segundo (1000 Megabits por segundo ou Ethernet de gigabit sobre cobre que utiliza 4 pares em modo bi-direcional). O acoplamento entre como interfaces físicas (PHY) do sistema final e o comutador acontece através de um transformador. Se um transformador é selecionado de forma que tenha um derivação central em uma lateral de linha, então o sinal de modo comum pode ser enviado utilizando bornes centrais dos transformadores que servem a dois pares dê sinal. Como este sinal é enviado como modo comum, éle é ortogonal e não interfere o sinal diferencial utilizado para comunicação Ethernet. Adicionalmente, de acordo com outra realização, transformadores de isolamento são utilizados.

A figura 1 é um diagrama em blocos esquemático de um sistema de sincronização de rede 100 de acordo com uma realização exemplificativa da presente invenção. Em uma realização exemplificativa, o sistema de sincronização de rede 100 é utilizado com a rede de área local (LAN) 102, por exemplo, porém não está limitado a uma rede Ethernet descrita especificamente pela parte 7 da especificação ARINC 664. A rede 102 inclui o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106 comunicavelmente acoplado ao primeiro sistema final 104 que utiliza a primeira conexão de par torcido diferencial 108 e que utiliza a segunda conexão de par torcido diferencial 110. O sistema de sincronização de rede 100 também inclui um transmissor de sincronização 112 comunicavelmente acoplado a uma derivação central 114 de pelo menos uma da primeira conexão de par torcido diferencial 108 e uma derivação central 116 da segunda conexão de par torcido diferencial 110. O sistema de sincronização de rede 100 adicionalmente inclui o receptor de sincronização 118 comunicavelmente acoplado a uma derivação central 120 de pelo menos uma da primeira conexão de par torcido diferencial 108 e uma derivação central 122 da segunda conexão de par torcido diferencial 110. Em uma realização exemplificativa, o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106 são comunicavelmente acoplados à primeira conexão de par torcido diferencial 108 e segunda conexão de par torcido diferencial 110 que utiliza os respectivos transformadores 124, 126, 128, e 130. Em várias realizações, o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106 são comunicavelmente acoplados à primeira conexão de par torcido diferencial 108 e à segunda conexão de par torcido diferencial 110 através dos respectivos indutores (não mostrado na figura 1). Os transformadores 124, 126, 128 e 130 incluem bornes centrais 114, 116, 120 e 122 em uma lateral de linha que reveste cada transformador. Quando os indutores são utilizados no lugar dos transformadores 124, 126, 128, e 130, os bornes centrais 114, 116, 120 e 122 são bornes centrais dos respectivos indutores.

O primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106 incluem cada um, um dispositivo de interface (PHY) física 131 e 132, respectivamente. Cada dispositivo de PHY 131 e 132 inclui a respectivos seção de transmissão 134 e 136, e a respectivos seção de recepção 138 e 140. Em uma realização exemplificativa, o dispositivo de PHY 131 é configurado como um dispositivo principal de tempo e o dispositivo de PHY 132 é configurado como um dispositivo escravo de tempo. O dispositivo mestre de PHY 131 é configurado para transmitir mensagens para o dispositivo de PHY escravo 132 que utiliza a primeira conexão de par torcido diferencial 108. O dispositivo mestre de PHY 131 é configurado para receber mensagens do dispositivo de PHY escravo 132 que utiliza a segunda conexão de par torcido diferencial 110. Especificamente, o transmissor de mensagem 134 do dispositivo de interface física mestre (PHY) 131 é comunicavelmente acoplado ao receptor de mensagem 140 de dispositivo de PHY escravo 132 que utiliza a primeira conexão de par torcido diferencial 108, sendo que o receptor de mensagem 138 de dispositivo de interface física mestre (PHY) 131 é comunicavelmente acoplado ao transmissor de mensagem 136 do dispositivo de PHY escravo 132 que utiliza a segunda conexão de par torcido diferencial 110.

Na realização exemplificativa, o dispositivo de interface física mestre (PHY) 131 é acoplado ao transformador na primeira conexão de par torcido diferencial 108 que utiliza transformador 124 e acoplado à segunda conexão de par torcido diferencial 110 que utiliza o transformador 130. Contudo, em algumas realizações, tanto o transformador 124 quanto o transformador 130 ou ambos, podem ser substituídos por um indutor e por conexões entre o dispositivo de interface física mestre (PHY) 131 e a primeira conexão de par torcido diferencial 108 e/ou a segunda conexão de par torcido diferencial 110 que pode ser feita através de um indutor(es).

Também em uma realização exemplificativa, dispositivo de interface (PHY) física escravo 132 é acoplado ao transformador da primeira conexão de par torcido diferencial 108 que utiliza o transformador 126 e acoplado à segunda conexão de par torcido diferencial 110 que utiliza o transformador 128. Contudo, em algumas realizações, tanto o transformador 126 quanto o transformador 128 ou ambos, podem ser substituídos por um indutor e por conexões entre o dispositivo de interface (PHY) física escravo 131 e a primeira conexão de par torcido diferencial 108 e/ou a segunda conexão de par torcido diferencial 110 que pode ser feita através de um indutor(es).

Na realização exemplificativa, o transmissor de sincronização 112 e/ou o receptor de sincronização 118 são comunicavelmente acoplados a uma derivação central dos respectivos transformadores de acoplamento 124, 126, 128 e 130.

Durante a operação, a rede 102 proporciona uma ligação de comunicação entre o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106. Adicionalmente, pode existir uma pluralidade de outros sistemas finais (não mostrados) que podem se comunicar com o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106 que utiliza rede 102. Cada primeiro sistema final 104 e segundo sistema final 106 pode incluir os respectivos processadores 141 e 142, que podem ser configurados para controlar uma operação do primeiro sistema final 104 e do segundo sistema final 106. Quando sincronizar o primeiro sistema final 104 e o segundo sistema final 106, o transmissor de sincronização 112 é programado para gerar e transmitir através da rede 102 uma mensagem de temporização. Em outra realização, a mensagem de temporização pode ser gerada por, por exemplo, porém não limitado a, qualquer hospedeiro, nó, roteador, ou comutador que opera na rede 102. Os sistemas finais que são sincronizados armazenam uma mensagem de temporização e aguardam pelo pulso de sincronização. O transmissor de sincronização 112 é programado para gerar e transmitir através da rede 102 um pulso de sincronização. Quando recebido pelos sistemas finais, o pulso de sincronização aciona os sistemas finais para atualizar seus relógios ou para gerar uma compensação que será aplicada ao seu processo de sincronização de forma que os sistemas finais recebam a mensagem de temporização e o pulso de sincronização seja então sincronizado a uma torelância de sub- microssegundo. O sistema de sincronização de rede 100 permite sincronização sub-microssegundo sem adicionar fiação através da utilização de um pulso de modo comum transmitido pela rede 102 existente sem afetar a transferência de dados da rede 102. Em outra realização, a mensagem de temporização pode ser transmitida a todos os sistemas finais depois que o pulso de sincronização é transmitido.

A figura 2 é um diagrama em blocos esquemático de um sistema de sincronização de rede 200 de acordo com outra realização da presente invenção. O sistema de sincronização de rede 200 é substancialmente similar ao sistema de sincronização de rede 100, (mostrado na figura 1) e os componentes do sistema de sincronização de rede 200 que são idênticos aos componentes de sistema de sincronização de rede 100 são identificados na figura 2 que utiliza os mesmos numerais de referência utilizados na figura 1. Em uma realização exemplificativa, o transmissor de sincronização 112 e/ou receptor de sincronização 118 são comunicavelmente acoplados a uma derivação central dos respectivos transformadores de acoplamento 124, 126, 128 e 130 que utilizam os transformadores 202 e 204.

O termo processador, como utilizado neste documento, refere-se a unidades de processamento central, microprocessadores, microcontroladores, computador com um conjunto reduzido de instruções (RISC), circuito integrado de aplicação específica (ASIC), circuitos lógicos, e quaisquer outros circuitos ou processadores capazes de executar as funções descritas neste documento.

Como utilizado neste documento, os termos "software" e "firmware" são trocáveis, e incluem qualquer programa de computador armazenados em memória para execução por processadores 141 e 142, que incluem memória RAM, memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM e memória RAM (NVRAM) não-volátil. Os tipos de memória acima são apenas exemplificativos, e não estão limitados aos tipos de memória utilizáveis para armazenamento de programa de computador.

Conforme será observado, com base na especificação precedente, as realizações da revelação descrita acima podem ser implementadas utilizando um programa de computador ou técnicas de engenharia que incluem software de computador, firmware, hardware ou qualquer combinação ou subsistema dos mesmos, neste documento, o efeito técnico proporciona a sincronização de sub-microssegundo a uma rede sem introduzir adicional fiação de cobre. Quaisquer programas resultantes, que tem mídia de código legível por computador, podem ser realizados ou proporcionados em uma ou mais mídia legíveis por computador, fazendo assim, um produto de programa de computador, ou seja, um artigo de fabricação, de acordo com as realizações discutidas na revelação. A mídia legível por computador pode ser, por exemplo, mas não está limitado a, um disco (rígido) fixo, disquete, disco ótico, fita magnética, memória de semicondutor, como memória de somente leitura (ROM) e/ou qualquer meio de transmissão/recepção, como a Internet ou outras redes de comunicação ou ligação. O artigo de fabricação que contém um código de computador pode ser feito e/ou utilizado para executar um código diretamente a partir de uma mídia, para copiar um código de uma mídia para outra mídia ou para transmitir um código por uma rede.

As realizações descritas acima de um método e sistema de sincronização temporária de uma pluralidade de sistemas finais em uma rede de sistemas finais proporcionam um meio de custo compensador e confiável f 10

para sincronizar uma rede de parte 7 ARINC 664 com base de cobre, sem adicionar fiação adicional. Mais especificamente, o método e sistema descrito neste documento facilita reduzir um número de mensagens necessárias para executar a sincronização de rede e reduzir a complexidade de sistema enquanto aprimora uma resolução de sincronização temporal. Como resultado, o método e sistema descrito neste documento facilita operar uma rede aviônica em uma maneira de custo compensador e confiável.

A descrição escrita utiliza exemplos para revelar a invenção, que inclui um melhor modo, e também capacita qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, o que inclui criar e utilizar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo da invenção patenteável é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos se destinam a estar e um escopo das reivindicações caso eles tenham elementos estruturais que não se diferenciem da linguagem literal das reivindicações, ou caso eles incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims

1. SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO DE REDE (100) que compreende: um transmissor de sincronização (112) comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem (134) e a um receptor de mensagem (138) de um dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) de um primeiro sistema final (104) de uma rede de área local (LAN) (102); e um receptor de sincronização (118) comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem (136) e a um receptor de mensagem (140) de um dispositivo de PHY escravo (132) de um segundo sistema final (106) de uma rede de área local (LAN), em que o dito transmissor de sincronização é configurado para transmitir a mensagem de temporização para o dito receptor de sincronização que utiliza uma primeira conexão de par torcido diferencial (108) e que utiliza uma segunda conexão de par torcido diferencial (110) e o dito transmissor de sincronização é configurado para transmitir um pulso de sincronização para o dito receptor de sincronização que utiliza a dita primeira conexão de par torcido diferencial e que utiliza a dita segunda conexão de par torcido diferencial.

2. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação Erro! Fonte de referência não encontrada., em que o dito transmissor de mensagem (134) do dito dispositivo mestre de PHY (131) é comunicavelmente acoplado ao dito receptor de mensagem (140) do dito dispositivo de PHY escravo (132) que utiliza a dita primeira conexão de par torcido diferencial (108) e em que o dito transmissor de mensagem (136) do dito dispositivo de PHY escravo é comunicavelmente acoplado ao dito receptor de mensagem (138) do dito dispositivo mestre de PHY que utiliza a dita segunda conexão de par torcido diferencial (110).

3. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação Erro! Fonte de referência não encontrada., em que pelo menos um do dito transmissor de mensagem (134) do dito dispositivo mestre de PHY (131) é comunicavelmente acoplado à dita primeira conexão de par torcido diferencial (108) que utiliza um transformador de acoplamento (124), sendo que o dito transmissor de mensagem (136) do dito dispositivo de PHY escravo (132) é comunicavelmente acoplado à dita segunda conexão de par torcido diferencial (110) que utiliza um transformador de acoplamento (128), sendo que o dito receptor de mensagem (138) do dito dispositivo mestre de PHY é comunicavelmente acoplado à dita segunda conexão de par torcido diferencial que utiliza um transformador de acoplamento (130), e o dito receptor de mensagem (140) do dito dispositivo de PHY escravo é comunicavelmente acoplado à dita primeira conexão de par torcido diferencial que utiliza um transformador de acoplamento (126).

4. SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO DE REDE (100) que compreende: uma rede de área local (LAN) (102) que compreende: um primeiro sistema final (104); e um segundo sistema final (106) comunicavelmente acoplado ao dito primeiro sistema final que utiliza uma primeira conexão de par torcido diferencial (108) e que utiliza uma segunda conexão de par torcido diferencial (110); um transmissor de sincronização (112) comunicavelmente acoplado a uma derivação central (114, 116) de pelo menos uma dentre a dita primeira conexão de par torcido diferencial e a dita segunda conexão de par torcido diferencial; e um receptor de sincronização (118) comunicavelmente acoplado a uma derivação central (120, 122) de pelo menos uma dentre a dita primeira conexão de par torcido diferencial e a dita segunda conexão de par torcido diferencial.

5. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 4, em que um dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) é configurado para transmitir mensagens a um dispositivo de PHY escravo (132) que utiliza a dita primeira conexão de par torcido diferencial (108) e em que o dito dispositivo de interface física mestre (PHY) é configurado para receber mensagens do dito dispositivo de PHY escravo que utiliza a dita segunda conexão de par torcido diferencial (110).

6. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 5, em que um transmissor de mensagem (134) do dito dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) é comunicavelmente acoplado a um receptor de mensagem (140) do dito dispositivo de PHY escravo (132) que utiliza a dita primeira conexão de par torcido diferencial (108).

7. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 5, em que um receptor de mensagem (138) do dito dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) é comunicavelmente acoplado a um transmissor de mensagem (136) do dito dispositivo de PHY escravo (132) que utiliza a dita segunda conexão de par torcido diferencial (110).

8. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 4, em que um dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) é acoplado ao transformador em pelo menos uma dentre a dita primeira conexão de par torcido diferencial (108) e a dita segunda conexão de par torcido diferencial " (110).

9. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 4, em que um dispositivo de interface (PHY) física escravo (132) é acoplado ao transformador em pelo menos uma dentre a dita primeira conexão de par torcido diferencial (108) e a dita segunda conexão de par torcido diferencial (110).

10. SISTEMA (100), de acordo com reivindicação 4, em que pelo menos um dentre um transmissor de sincronização (112) e um receptor de sincronização (118) é comunicavelmente acoplado a uma derivação central (114, 116, 120, 122) de um transformador de acoplamento (124, 126, 128, 130) em que o dito transformador de acoplamento é comunicavelmente acoplado entre um dispositivo de interface física mestre (PHY) (131) do dito primeiro sistema final (104) e um dispositivo de interface (PHY) física escravo (132) do dito segundo sistema final (106)