用于使经电信网耦合的通信系统部件同步的装置
在当前的发展过程中,通信系统及其控制越来越分散化。为此,一个通信系统被划分为各个子系统,这些子系统通过诸如本地网(LAN)或基于因特网协议(IP)的网络等通信网进行耦合。利用这种方式,较大的交换设备的各部件譬如可以分布到通信网上。
现今的通信系统通常提供许多的通信业务和功能特征。对于一部分这样的通信业务或功能特征,譬如包括传真、调制解调、语音和视频等传输的所谓CBO(连续比特流操作)业务,需要就传输的通信数据使所参与的通信系统部件同步。
在直接基于SDH(同步数字体系)或基于PDH(准同步数字体系)传输的通信网中,经通信网耦合的通信系统部件的同步装置譬如在ITU-T建议G.803第8章及其所给出的参考文献中公开过。在此,在所使用的传输协议的物理层上向需要同步的通信系统部件传送一个基准时钟。但在物理层中传输基准时钟需要通往各个通信系统部件的连续的第1层连接。因此只能用较高的费用来实现较复杂的通信网结构。在灵活可配置的通信网中,譬如本地网(LAN)或基于因特网协议的网络,通常不提供连续的第1层连接。
本发明的任务在于提供一种比现有技术更灵活的装置,以便就需传输的通信数据使经通信网耦合的通信系统部件产生同步。
该任务由具有权利要求1的特征的装置来解决。
为了使经电信网耦合的通信系统部件同步,从一个时间信息发送器向它们传输时间信息。所述的通信系统部件按照从时间信息发送器所接收的时间信息来校准自己的时间标准,于是这些通信系统部件便可以相互同步。
通信系统部件的同步是通过再调节一个时间脉冲发送器的时钟频率来实现的,该时间脉冲发送器被确定用来给有关通信系统部件所参与的传输的通信数据预给定一个传输数据速率。在此,时钟频率的再调节是借助把所接收的时间信息同一个实时时钟的当前时间值进行比较来实现的,按照本发明,所述的实时时钟在时间上是通过所述原本被装设用来对需传输的通信数据的传输数据速率进行预给定的时间脉冲发送器的时间脉冲来控制的。因此,通过再调节所述时间脉冲发送器的时钟频率,便可以间接地借助所接收的时间信息来校准所述的实时时钟本身。通过该间接的校准避免了实时时钟所给出的时间的陡然变化,并减小了所接收的时间信息的传播时间波动的影响。
本发明的装置在很大程度上与耦合所述通信系统部件的通信网的种类无关。因此,譬如可以采用所谓的本地网(LAN)或基于因特网协议的通信网来作为所述的通信网。
本发明的优选实施方案和改进由从属权利要求给出。
根据本发明的一种优选实施方案,通信系统部件的所述时间脉冲发送器可以是经温度稳定或温度补偿的。为了提高时间脉冲的精度,也可以按照所谓的双振荡器方案来实现所述的时间脉冲发送器。为此装设一个工作振荡器和一个经温度稳定或温度补偿的且调节所述工作振荡器时钟频率的、否则便空载运行的基准振荡器。通信系统部件的时间脉冲发送器越准确,有关的通信系统部件在无需接收时间信息的情况下保持同步的时间便越久。
根据本发明的另一优选实施方案,所述的时间信息是无线地譬如从GPS卫星(全球定位系统)、诸如DCF77等时间信号发射机或该通信系统所包含的时间信息发射机而被传送给所述的通信系统部件的。为此,有关的通信系统部件的时间信息接收装置具有一种用于无线地接收时间信息的无线接收装置。由于通过无线电传输的时间信息的传播时间非常短,所以利用该方法可以实现非常准确的同步。
作为替换方案,也可以经所述的通信网从一个同样被耦合在该通信网上的时间信息发送器-譬如为时间信息服务器的形式-向通信系统部件传输时间信息。利用该方式,已有的网络基础设施也可以被用来同步所述的通信系统部件。在该选择方案中,在需同步的通信系统部件内取消了昂贵的无线接收装置。替而代之的是,时间信息的接收可以通过如下方式简单地实现,即通信系统部件的时间信息接收装置经网络接口被耦合到所述的通信网上,而且具有用于从一个经所述通信网被传输的数据流中提取时间信息的工具。
根据本发明的一种优选改进方案,通信系统部件可以具有一种用于经通信网向时间信息发送器请求时间信息的时间询问装置。在此,所述的请求优选地通过已知的网络协议、譬如所谓的“网络时间协议”(NTP)或所谓的“数字时间同步协议”(DTSS)来实现。
为了改善同步精度,通信系统部件还具有用于对时间信息的请求和接收之间的时差进行测量的时间测量值装置、用于借助所测量的时差来求出所述时间信息从时间信息发送器到相应通信系统部件的传播时间估测值的传播时间确定装置。通过假定所述请求的传播时间近似地等于所述时间信息的传播时间,便可以得出时间信息的传播时间为所测量的时差的一半。可以通过如下方式来提高时间信息的传播时间的估测值精度,即从在多次询问的范围内所测量的时差或由其导出的量的平均值中确定出所述的估测值。利用该方法可以补偿经通信网传输的数据的传播时间波动。所述通信系统部件的比较装置可以相应地作如此构造,使得在比较结果中譬如通过校正时间信息或由实时时钟所给出的时间值来考虑所求出的时间信息传播时间的估测值。
通信系统部件请求时间信息的频繁程度可以根据不同的判据来确定,譬如根据时间脉冲发送器的精度、根据在时间信息的询问和接收之间所测得的时差的变化宽度、以及/或者根据在先前校准时间脉冲发送器时所确定的时间脉冲发送器的故障水平高低。优选地,可以如此来构造所述的时间询问装置,使得时间脉冲发送器的精度越低、所测得的时差变化宽度越大、或所确定的时间脉冲发送器的故障水平越高,请求时间信息就越频繁。
根据本发明的另一种优选改进方案,通信系统部件具有一种按照先进先出原理(FIFO)工作的、用于缓冲经通信网接收的数据流的输入缓冲存储器。在此,该输入缓冲存储器以如下方式与时间脉冲发送器相耦合,使得以一个由时间脉冲发送器确定的时间脉冲来读出被缓冲的数据流中的数据单元。另外,在所述的输入缓冲存储器上还耦合了一种填充状态测定装置,借助它可以测定所述输入缓冲存储器的填充状态。于是,借助时钟频率控制器可以根据所测定的填充状态来再调节所述时间脉冲发送器的时钟频率。如果经通信网接收的数据流至少是时间平均地以一个由相应数据流发射机的时钟发送器所给定的数据速率进行发送,那么所述通信系统部件的时间脉冲发送器就可以时间平均地与所述数据流发射机的时钟发送器进行同步。为了补偿数据流中数据单元的短期的传播时间波动,可以设立一种积分元件,通过它把从填充状态导出的时钟频率调节信号输入到所述的时间脉冲发送器中。
为了调节时钟频率,可以优选地利用一个经通信网接收的通信数据、譬如语音数据的数据流。在存在通信连接的情况下,由于通信数据、尤其是语音数据经常是利用严格规定的、面向通信数据发射机的时间脉冲的传输速率进行发送的,所以所述时间脉冲发送器的时钟频率可以借助所接收的通信数据或语音数据被非常准确地稳定。
根据另一种优选改进方案,所述的时间信息发送器具有一种用于确定在所述通信网内暂时具有低传输业务量-譬如有用数据和/或信令数据-的检测装置。于是,如果所确定的传输业务量低于预定的界限,便可以借助所述时间信息发送器的传输控制来触发时间信息的传输。
下面借助附图来详细讲述本发明的实施例。其中:
图1示出了具有分布在通信网上的交换设备的通信系统,以及
图2示出了所述分布式交换设备的终端接线组。
在图1中简要地示出了一种通信系统,它具有分布在通信网KN上的交换设备PBX和与之相连的终端EA1、…、EAN和EB1、…、EBN。在此,作为经通信网KN耦合的通信部件,所述的交换设备PBX具有中央控制器ZS和终端接线组EAGA、EAGB。后者属于交换设备PBX的外围部分。终端EA1、…、EAN通过终端接线组EAGA被耦合到交换设备PBX上,而终端EB1、…、EBN通过终端接线组EAGB被耦合到交换设备PBX上。所述的中央控制器ZS具备一种配有基准实时时钟RRTC的时间信息发送器ZIG。所述的基准实时时钟RRTC譬如可以借助GPS(全球定位系统)接收机并利用从卫星接收的世界时间信息来校准。
除了通信系统部件ZS、EAGA、EAGB之外,还可以把数据处理设备(未示出)耦合到所述譬如被实施为本地网(LAN)或基于因特网协议的网络等通信网KN上。实施为本地网(LAN)或基于因特网协议的网络的通信网可以按非常简单的方式进行扩展,并补充其他的通信和/或数据处理设备,由此非常灵活地与不同的要求相匹配。在本实施例中,通信网KN被用来在终端接线组EAGA、EAGB和中央控制器ZS之间既传输所有的通信数据,又传输所有的控制数据。
在当前的实施例中,在已有连接的范围内把诸如语音数据等通信数据KD从终端EB1经终端接线组EAGA、通信网KN和终端接线组EAGB传输给终端EA1。通过如下方式来预先由中央控制器ZS促使建立通信连接,即总是向所述的终端接线组EAGA、EAGB另外还传输一个标识通信网KN内的另一终端接线组的地址信息。相应地,需要经终端接线组EAGB传输的通信数据KD设有用于标识终端接线组EAGA的地址信息,并由此经通信网KN被传输给终端接线组EAGA,最后由该终端接线组EAGA把通信数据KD转接到终端EA1。
为了相互同步终端接线组EAGA和EAGB,每个终端接线组EAGA和EAGB都要针对中央控制器ZS的时间信息发送器ZIG同步。在此,该同步是通过通信网KN来进行的。为此,终端接线组EAGA和EAGB分别经通信网KN向时间信息发送器ZIG发送一个譬如遵照所谓的“网络时间协议”(NTP)的时间请求信号ZA1或ZA2。通过所接收的时间请求信号ZA1、ZA2来促使所述的时间信息发送器分别从基准实时时钟RRTC中询问当前的时间信息ZI1或ZI2,并随后给该信息配备一个标识所述终端接线组EAGA或EAGB的地址信息,再将其经通信网KN传输到被寻址的终端接线组EAGA或EAGB。
图2用详图示出了所述的终端接线组EAGA。作为其它的功能部件,所述经网络接口NS被耦合到通信网KN上的终端接线组EAGA还具有接收装置EE、输入缓冲存储器EP、实时时钟RTC、时间脉冲发送器ZTG、两个时钟频率控制器TS1及TS2、以及终端接口EGS。所述的终端接口EGS譬如可以实施为ISDN标准的S0接口系列,经这些终端接口连接了终端EA1、…、EAN。所述的时钟频率控制器TS1具有一个比较装置VE、传播时间确定装置LB以及一个积分元件IG。出于清晰的原因,所述终端接线组EAGA的其它的、对理解本发明没有直接意义的功能部件没有被示出。所示的功能部件也可以分别借助在终端接线组EAGA的系统处理器上运行的软件模块来实现。
所述的时间脉冲发送器ZTG譬如可以被实施为所谓的TCXO(温度补偿的晶体振荡器)、OCXO(炉控晶体振荡器)或TCVCXO(温度补偿的压控晶体振荡器),由它提供一个时钟信号T以输送给实时时钟RTC、输入缓冲存储器EP和终端接口EGS,以进行时间控制。在此,所述时间脉冲发送器ZTG的时钟信号T的频率可以以预定的极限进行调节。该时钟信号T既构成实时时钟RTC的时基,又构成经终端接口EGS传输通信数据KD时的数据速率的时基-譬如在ISDN基本信道中为64千比特/秒。
为了利用时间信息发送器ZIG的时间标准来同步所述的时间脉冲发送器ZTG,由所述的时钟频率控制器TS1经网络接口NS和通信网KN向时间信息发送器ZIG发送所述的时间请求信号ZA1。由所述实时时钟RTC给出的当前时间值被存储下来,以作为所述时间请求信号ZA1的发出时间点。如上文所述,利用所述的时间请求信号ZA1促使时间信息发送器ZIG经通信网KN向终端接线组EAGA传送所述的时间信息ZI1。该时间信息ZI1从终端接线组EAGA的网络接口NS被继续传送到接收装置EE,在那儿从经通信网KN接收的、且包含通信数据KD的数据流中提取所述的时间信息ZI1。提取时间信息ZI1是在接收装置EE内借助为此所实施的网络协议软件模块NP来实现的,通过所述的网络协议软件模块NP并借助标识时间信息的标识信息来识别所述的时间信息ZI1。这譬如可以按照“网络时间协议”(NTP)或“数字时间同步协议”(DTSS)来实现。所提取的时间信息ZI1从接收装置EE被传送到时钟频率控制器TS1,由该时钟频率控制器来确定所述时间信息ZI1的接收时间点,以作为当前由实时时钟RTC所给出的时间值ZR,并分析所述时间信息ZI1的时间信息内容。只要本地时间对终端接线组EAGA是标准的,则所述时间信息ZI1便譬如可以借助所存储的表格被换算为本地的标准时间。如果所述的终端接线组EAGA和时间信息发送器ZIG位于不同的时区,或面向不同的基准时间、譬如GPS时间(全球定位系统)和UTC时间(通用协调时间),那么所述换算是必要的。
另外,通过所述的传播时间确定装置LB来估测所述时间信息ZI1在通信网KN内的传播时间,它是在所确定的时间信息ZI1的接收时间点ZR和所存储的时间请求信号ZA1的发出时间点之间的时差的一半。为了提高确定传播时间的准确性和补偿在通信网KN中的短期传播时间波动,利用先前所确定的传播时间值来对为传播时间所获得的值求平均。优选地确定一个浮动的平均值。必要时也可以在传播时间的确定当中引入所述时间信息ZI1的时标。
随后,由所述时间信息ZI1的时间信息内容给出的、必要时与本地标准时间相匹配的时间数据以及所确定的传播时间值被输入到比较装置VE中。该比较装置VE以所述针对时间信息ZI1的传播时间所获得的值来校正所述被送入的时间数据,譬如通过使两个量相加。然后,由该比较装置VE把被校正的时间数据同所述由实时时钟RTC在时间信息ZI1的接收时间点时所给出的时间ZR进行比较。然后根据该比较结果产生一个频率调节信号FRS以控制所述时间脉冲发送器ZTG的时钟频率。在此,只要所述实时时钟RTC所给出的时间先于所述从时间信息ZI1导出的校正时间数据,便产生一个频率调节信号FRS来降低所述时间脉冲发送器ZTG的时钟频率。相应地,当所述的实时时钟RTC落后时,便产生一个频率调节信号FRS来提高所述的时钟频率。所述的频率调节信号FRS是从时钟频率控制器TS1经时间积分元件IG输出的,如此来确定所述积分元件IG的时间常数,使得能够补偿在通信网KN中典型出现的传播时间波动。优选地,当在实时时钟RTC和从时间信息ZI1导出的时间数据之间出现较大的偏差时,可以通过时钟频率控制器TS1以更短的时间间隔向时间信息发送器ZIG请求时间信息。另外,可以预给定所述实时时钟RTC和从接收的时间信息导出的时间数据之间的最大偏差,当超过该最大偏差时,便直接地、也即通过改变其给出的时间来再调节所述的实时时钟RTC。
在每次接收时间信息之间的时间间隔内,借助同样经通信网KN接收的通信数据KD来稳定所述时间脉冲发送器ZTG的时钟频率。为此,所述的通信数据KD从接收装置EE被输入到输入缓冲存储器EP的输入端。该输入缓冲存储器被实施为所谓的先进先出存储器,按照输入存储的时间顺序从该存储器中读出被中间存储的数据。先进先出存储器经常也被称为FIFO。被中间存储在输入缓冲存储器EP内的通信数据KD是按照从时间脉冲发送器ZTG输入的时钟信号T而从该存储器中读出的,并被输入到所述的终端接口EGS。最后通过该终端接口把所述的通信数据KD传输到终端EA1。
通信数据-尤其是语音数据-通常是利用恒定的、严格面向该通信数据发射机的时间脉冲的数据速率而被发送的。尽管所述利用恒定数据速率发射的通信数据可能遭受传播时间波动,但该通信数据至少是时间平均地利用相同数据速率而到达接收机中的。因此,可以利用接收数据的时间平均数据速率来使该通信数据的接收机与发射机的时间脉冲同步。
在当前的实施例中,对于以恒定数据速率从终端接线组EAGB经通信网KN而被发送到终端接线组EAGA的通信数据KD,它被用来在每次询问时间信息之间的时间间隔内稳定所述终端接线组EAGA的时间脉冲发送器ZTG的时钟频率。为此,在终端接线组EAGA内以规则的时间间隔测定所述输入缓冲存储器EP的当前填充状态,也即测定用通信数据KD填充所述输入缓冲存储器EP时的最大极限,并将其以填充状态信息FI的形式传输给时钟频率控制器TS2。所述的时钟频率控制器TS2根据填充状态信息FI产生一个频率调节信号FRS,该信号经积分元件IG输出,并与所述由时钟频率控制器TS1产生的频率调节信号组合起来,以调节所述时间脉冲发送器ZTG的时钟频率。如此来确定所述时钟频率控制器TS2的积分元件IG的时间常数,使得可以补偿在通信网KN内典型出现的通信数据KD的传播时间波动。所述时钟频率控制器TS1和TS2的积分元件IG譬如可以借助一种用于求取浮动的平均值的数字电路来实现。当所述输入缓冲存储器EP具有非常高的填充状态时,由时钟频率控制器TS2产生一个频率调节信号FRS以提高时间脉冲发送器ZTG的时钟频率,而在填充状态低于平均水平的情况下,由所述的时钟频率控制器产生一个用于降低时钟频率的频率调节信号。由时间脉冲控制器TS1和TS2产生的频率调节信号FRS可以分别结合预定的加权因子被输入到时间脉冲发送器ZTG中。此处优选的是,所述由时钟频率控制器TS1产生的频率调节信号获得一个比所述由时钟频率控制器TS2产生的频率调节信号要更高的加权。由于借助输入缓冲存储器EP附加地稳定了所述时间脉冲发送器ZTG的时钟频率,所以即便在各个时间询问之间具有较长时间间隔的情况下也能确保在终端接线组EAGA和EAGB之间同步。
为了经过较大的通信网KN也能确保所述终端接线组EAGA和EAGB的预定同步,可以如此地布置通信网的网元、譬如“中继器”和/或“路由器”,使得在时间信息发送器ZIG和相应的终端接线组EAGA或EAGB之间所连接的网元以及在所述终端接线组EAGA和EAGB之间所连接的网元均不超过预定的数量。