CN1414741A

CN1414741A - 无线局域网络时钟同步化方法与媒体存取控制器

Info

Publication number: CN1414741A
Application number: CN 02150421
Authority: CN
Inventors: 陈建村; 康碧凤
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: CN1175625C

Abstract

本发明涉及一种时钟同步化方法与媒体存取控制器，应用于一无线局域网络中的一第一节点与一第二节点之间，该方法包括：该第一节点向该第二节点发出一请求信号；该第二节点响应该请求信号而发出一响应信号封包，该响应信号封包中包括有一时间标记值；当该第一节点收到该响应信号封包时，于该响应信号封包中附加一本地时间值；以及利用该第一节点的一控制程序来运算出该时间标记值与该本地时间值间的一差值T，该差值T可提供给该第一节点运用，以达成该第一节点与该第二节点间时钟的同步化，而该媒体存取控制器的特征在于具有分别可储存该差值T与下一目标标志传送时间值的差值缓存器与下一目标标志传送时间缓存器。

Description

无线局域网络时钟同步化方法与媒体存取控制器

技术领域

本发明为一种时钟同步化方法与媒体存取控制器，尤指应用于一无线局域网络中两节点间的时钟同步化方法与媒体存取控制器。

背景技术

在现代化的信息社会中，网络扮演将大量的数据、信息、影音信息及知识，以数字电子信号的形式进行快速交换传播的角色，所以网络已成为现代信息社会中的重要基础建设。继有线网络基础建设广泛普及后，无线网络的建设发展也已经蓬勃展开。有线网络虽具有数据传输较为稳定、信息的安全及隐私有较佳的保障的优点，但无线网络则具有可摆脱网络传输线的束缚，让使用者能以机动(mobile)、可携(portable)的方式，随时随地经由无线网络存取各种网络资源的优势。因此，无线网络已成为信息业者目前进行研究发展的重点项目。

请参考图1。图1为一现有计算机10的功能方块图。计算机10中设有中央处理器CPU0、北桥电路NB0、南桥电路SB0、内存12、绘图加速卡16、显示器18、外围装置P0、储存装置M0。为了存取无线网络22B，计算机10中可装设无线网络卡20B。中央处理器CPU0用来主控计算机10的操作；北桥电路NB0电连于中央处理器CPU0以及内存12、绘图加速卡16之间，用来管理三者间的高速的信息往来传输。内存12用来以挥发性的方式储存中央处理器CPU0运作时所需的信息或程序。中央处理器CPU0要显示于使用者的图形数据，会由绘图加速卡16处理后传输至显示器18，由显示器18将其显示出来。南桥电路SB0则连接于北桥电路NB0以及一总线24(像是PCI总线，peripheralcommunications interface总线)之间，而总线上则连接有外围装置P0(像键盘、鼠标等输入装置，或是声卡等等)，用来以非易失性的方式储存信息的储存装置M0(像是硬盘、光驱等等)以及无线网络卡20B。南桥电路SB0用来管理总线24上各装置与中央处理器CPU0间较低速的数据传输。

在计算机10的网络存取装置中，无线网络卡20B则可以是遵循IEEE802.11无线局域网络(WLAN，wireless Local Area Network)的无线网络电路，同样也设有媒体存取控制器MAC以及物理层电路PHY。在开放系统互连(OSI，Open System Interconnection)的网络架构下，媒体存取控制器MAC用来实现无线网络中媒体存取控制层(MAC layer，Medium Access Control layer)的功能。当计算机10要存取网络资源时，媒体存取控制器可由其相关的物理层电路取得数字型式的信息，予以处理并上传至计算机主机；计算机10要传输至网络的信息，会由媒体存取控制器加以封包、安排网络存取的实体地址，并将封包后的数据传输至对应的物理层电路；同样地，网络通过对应物理层电路传来的信息，也会由媒体存取控制器将其封包解开。

网络卡中的物理层电路PHY则是用来实现网络中的物理层(Physicallayer)功能，要传输至网络的信息在经过媒体存取控制器的处理后，会传输至对应的物理层电路，由物理层电路将其编码调变为适合传输的信号以传输出去；物理层电路也可接收网络传来的信号并将其解码、解调，以将信号中的信息取出，回传至对应的媒体存取控制器。无线网络存取中的物理层电路PHY包括有基频电路、射频电路(未标)等等电路，基频电路可将媒体存取控制器MAC传来的信息进行基频处理，再由射频电路将其以无线电方式发射出去；无线网络传来的射频无线电信号也会由射频电路接收，由基频电路将其解调后转换为电子信息以回传至媒体存取控制器MAC。

在计算机10要实际存取网络资源时，无线网络卡都会配合一加载至内存12的无线网络驱动程序26B，来管理计算机10与网络间往来的信息。其中，无线网络驱动程序26B配合无线网络卡20B建立数个描述符TxB(不同的描述符TxB分别标为TxB(1)至TxB(n2))及描述符RxB(不同的描述符RxB分别标为RxB(1)至RxB(m2))，分别用来指向存储空间DTB及DRB。要传输至无线网络22B的信息会存在描述符TxB所指向的存储空间DTB中，由无线网络22B接收到的信息则会存在描述符RxB所指向的存储空间DRB中。利用描述符TxB及RxB，媒体存取控制器MAC以及中央处理器CPU0就能由内存12中取得要传输至无线网络的信息以及由无线网络传来的信息，达到计算机10存取无线网络22B的目的。

为了适应无线网络的特殊需要，无线网络存取的描述符还要另外指示无线网络存取的特殊状态。举例来说，因为无线网络22B和计算机10之间没有实体网络传输线连接，当计算机10要传输一笔无线通讯信息至无线网络22B时，计算机10也无法确定该笔由无线网络卡20B以无线方式传输出去的无线通讯信息是否已经被无线网络22B另一端的终端机顺利接收，此时中央处理器CPU0可要求无线网络22B在接收到这笔无线网络信息后，回传一确认收悉的响应(acknowledge)信息至计算机10。在实际实施时，当中央处理器CPU0通过无线网络驱动程序26B将该笔无线通讯信息储存至一存储空间DTB，会安排一描述符TxB来指向该存储空间DTB时，并在该描述符TxB中特别指示要向无线网络22B要求对该笔无线通讯信息的确认响应；当无线网络卡20B中的媒体存取控制器MAC根据该描述符TxB来取得该笔无线通讯信息时，就会由该描述符TxB得知要对无线网络要求响应。这样一来，当媒体存取控制器MAC将该笔无线通讯信息封包时，就会在标头处加上要求响应的相关信息，再将封包的后的无线通讯数据传输至物理层电路PHY，由物理层PHY将其以无线的方式传输至无线网络22B。

事实上，在诸如IEEE 802.11的无线网络架构下，除了上述的响应要求外，还有许多有别于有线网络的设定。像是无线网络是以无线的方式传输信息，除了收送信息的双方外，任何能接收无线信号的第三方都能截获无线传输的信息。为了确保信息内容不外泄，IEEE 802.11无线网络架构下就订定了基本的有线等效隐私(WEP，Wired-Equivalent Privacy)模式，让收送信息的双方将无线传输的信息加密，维持基本的信息隐私；而中央处理器CPU0也是以无线网络驱动程序26B下的描述符TxB、RxB来控制媒体存取控制器MAC是否要以有线等效隐私的模式来存取无线网络资源。

另外，为了要适应无线网络架构下终端机(station)机动可携的特性，在无线网络架构下，各终端机以一存取站(access point，或称基地台)为网络的中继站。更明确地说，当一终端机(像是计算机10)要存取无线网络22B的资源时，该终端机会以无线联系的方式加入一个由一存取站组织的基本服务集合(BSS，Basic Service Set)；同一基本服务集合下可有数个终端机，都以无线的方式与该基本服务集合的存取站联系，该存取站的无线网络实体地址就可当作该基本服务集合的地址(BSSID，BSS identity)。当一隶属于一第一基本服务集合的第一终端机要联系上属于一第二基本服务集合的第二终端机时，第一终端机会先联系第一基本服务集合的存取站，由该存取站通过该无线网络下的分布系统服务(DSS，Distribution System Service)联系第二基本服务集合的存取站，再由该第二基本服务集合的存取站联系至第二终端机，完成第一终端机与第二终端机间的联系。在上述的无线网络联系过程中，各终端机要与各存取站取得联系，加入/退出一基本服务集合，通过存取站存取分布系统服务等等事项，都要通过终端机与存取站之间以特定管理(management)、控制(control)框架信息相互联系，像是数据传输时基本服务集合的地址、认知(acknowledge)、标志(beacon)等等。

而由于终端机(station)与存取站(access point)间的工作时钟必需达成同步方能正常运作，如何以最低电路复杂度与成本来有效同步化两端点的时钟，为发展本发明的主要目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时钟同步化方法，以最低电路复杂度与成本来有效同步化两端点的时钟。

本发明公开一种时钟同步化方法，应用于一无线局域网络中的一第一节点与一第二节点之间，该方法包括：该第一节点向该第二节点发出一请求信号；该第二节点响应该请求信号而发出一响应信号封包，该响应信号封包中包括有一时间标记值；当该第一节点收到该响应信号封包时，于该响应信号封包中附加一本地时间值；以及利用该第一节点的一控制程序来运算出该时间标记值与该本地时间值间的一差值T，该差值T可提供给该第一节点运用，以达成该第一节点与该第二节点间时钟的同步化。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该第一节点与该第二节点分别为一终端机与一存取站。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该终端机向该存取站所发出的该请求信号为一探测请求信号(probe-request)。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该存取站响应该请求信号所发出的该响应信号封包为一探测响应信号封包(probe-response)。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该响应信号封包中所包括的该激活时间值为该存取站中一远程计数器于该响应信号封包发出时的一远程计数值C1。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该终端机附加于该响应信号封包中的该本地时间值为该终端机中一本地计数器于收到该响应信号封包时的一本地计数值C2。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该差值T＝C1-C2，且该差值T被存放于该终端机的一差值缓存器中。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其是将该差值T加上本地计数器的本地计数值来达成该终端机与该存取站间时钟的同步化。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中还包括下列步骤：将已同步化的本地计数值与一标志间隔进行运算后得到一下一目标标志传送时间并予以储存；以及根据本地计数器所输出的计数值、该差值T与下一目标标志传送时间缓存器中所存放的下一目标标志传送时间(Next TBTT)进行运算比较，进而决定正常状态与睡眠状态的切换时间。

根据上述构想，本发明所述的时钟同步化方法，其中该第一节点与该第二节点分别为一第一终端机与一第二终端机。

本发明的另一方面为一种无线局域网络媒体存取控制器，设置于一无线局域网络中的一第一节点内，该无线局域网络还包括一第二节点，当该第一节点向该第二节点发出一请求信号，该第二节点响应该请求信号而发出一响应信号封包，该响应信号封包中包括有一时间标记值，而该控制器包括：一本地时间值附加器，其系于收到该响应信号封包时，于该响应信号封包中附加一本地时间值；以及一差值缓存器，将该时间标记值与该本地时间值间的一差值T予以储存并提供给该第一节点运用，以达成该第一节点与该第二节点间时钟的同步化。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该第一节点与该第二节点分别为一终端机与一存取站。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该终端机向该存取站所发出的该请求信号为一探测请求信号(probe-request)。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该存取站响应该请求信号所发出的该响应信号封包为一探测响应信号封包(probe-response)。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该响应信号封包中所包括的该激活时间值为该存取站中一远程计数器于该响应信号封包发出时的一远程计数值C1。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该终端机附加于该响应信号封包中的该本地时间值为该终端机中一本地计数器于收到该响应信号封包时的一本地计数值C2。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中系将该差值T加上本地计数器的本地计数值来达成该终端机与该存取站间时钟的同步化。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中还包括一下一目标标志传送时间缓存器，其是将已同步化的本地计数值与一标志间隔进行运算后所得到一下一目标标志传送时间予以储存，进而使本控制器可根据本地计数器所输出的计数值、该差值T与该下一目标标志传送时间(Next TBTT)进行运算比较，进而决定正常状态与睡眠状态的切换时间。

根据上述构想，本发明所述的无线局域网络媒体存取控制器，其中该第一节点与该第二节点分别为一第一终端机与一第二终端机。

附图说明

本发明得通过下列附图及详细说明得以更深入的了解：

图1为一现有计算机10的功能方块图；

图2为无线局域网络中一终端机与一存取站间的信号发生时间示意图；

图3(a)(b)为本发明中探测响应信号封包(probe-response)的两种格式示意图；

图4为本发明硬件的较佳实施例的功能方块示意图。各组件列示如下：

10计算机 12内存

16绘图加速卡 18显示器 20B无线网络卡 22B无线网络

24总线 26B无线网络驱动程序

CPU0中央处理器北桥电路NB0南桥电路SB0MAC媒体存取控制器

DTB、DRB存储空间PHY物理层电路

P0外围装置M0储存装置

TxB(1)-TxB(n2)、RxB(1)-RxB(m2)描述符

差值缓存器41

下一目标标志传送时间缓存器42

具体实施方式

请参见图2，其为IEEE 802.11无线局域网络(WLAN，wireless Local AreaNetwork)中所定义出的一终端机与一存取站间的信号发生时间示意图，当一终端机(station)要以无线联系的方式加入一个由一存取站(access point)组织的基本服务集合(BSS，Basic Service Set)时，终端机(station)先发出一探测请求信号(probe-request)，而该存取站(access point)于收到该探测请求信号(probe-request)后便响应该探测请求信号而发出一探测响应信号封包(probe-response)。

而该探测响应信号封包(probe-response)的格式则如图3(a)中所示，其中主要包括一媒体存取控制器封包表头(MAC Header)以及一数据下载(datapayload)区，而数据下载(data payload)区中包括有一时间标记值(Time Stamp)的信息，而该时间标记值(Time Stamp)为该存取站中一远程计数器(通常为一64位的计数器)于发出该探测响应信号封包时所产生的一远程计数值C1。

至于该探测响应信号封包被该终端机的无线网络装置中物理层电路(PHY)收到后，便上传至媒体存取控制器(MAC)进行处理，而本发明媒体存取控制器(MAC)的硬件便将一本地时间值附加于该响应信号封包中，进而形成如图3(b)中所示的格式后再向上传送。而该本地时间值为该终端机中一本地计数器(通常也为一64位的计数器)于收到该响应信号封包时所产生的一本地计数值C2。

而本发明利用该终端机的控制程序(例如无线网络卡的驱动程序)来运算出该时间标记值C1与该本地时间值C2间的一差值T(T＝C1-C2)且存放于该终端机的一差值缓存器41中(相关图标请参见图4所示的功能方块示意图)。如此一来，将该差值T加上本地计数器的本地计数值C2后，便可与远程计数器达成同步(C1＝T+C2)，进而完成该终端机与该存取站间时钟的同步化。而本发明利用软件与硬件的搭配来达成同步化的工作，将有效降低无线网络卡的电路复杂度与成本，进而解决习用手段的缺陷，达成发展本发明的主要目的。

另外，请参见图2，其表示出于IEEE 802.11的基础模式(infrastructuremode)中，存取站需每隔一标志间隔(Beacon Interval)便发出一标志(beacon)至终端机，而终端机则需回复一信号以表示该终端机仍然处于连结状态，因此于协议中定义有一目标标志传送时间(Target Beacon Transmition Time，简称TBTT)，其符合下列算式：

mod(TBTT/Beacon Interval)＝0

于是，当终端机中“预测下一目标标志传送时间”的功能被激活时，该终端机的控制程序(例如无线网络卡的驱动程序)，便可根据收到该响应信号封包后完成同步的计数值T+C2＝C1与下列算式来运算出一下一目标标志传送时间(Next TBTT)并写入一下一目标标志传送时间缓存器42中：

Next TBTT＝[round(C1/Beacon Interval)+1]*(Beacon Interval)，其中round()代表取其整数的意

综上所述，本发明媒体存取控制器(MAC)可根据本地计数器所输出的计数值、该差值T与下一目标标志传送时间缓存器中所存放的下一目标标志传送时间(Next TBTT)进行运算比较，而能预测出存取站何时会发出标志。如此一来，即使在终端机进入一睡眠状态时，只需持续激活“预测下一目标标志传送时间”的功能，便可于存取站发出标志前实时回复至正常状态以进行接收与回复动作，然后再次进入睡眠状态以节省耗电量。

另外，上述方法同样可运用在无存取站存在的独立基本服务集合(IBSS，Independent Basic Service Set)点对点模式(ad-hoc)等其它模式中，其作法并无太大差异，故在此不予赘述。

Claims

1.一种时钟同步化方法，应用于一无线局域网络中的一第一节点与一第二节点之间，其特征在于，该方法包括：

该第一节点向该第二节点发出一请求信号；

该第二节点响应该请求信号而发出一响应信号封包，该响应信号封包中包括有一时间标记值；

当该第一节点收到该响应信号封包时，于该响应信号封包中附加一本地时间值；以及

利用该第一节点的一控制程序来运算出该时间标记值与该本地时间值间的一差值T，该差值T可提供给该第一节点运用，以达成该第一节点与该第二节点间时钟的同步化。

2.如权利要求1所述的时钟同步化方法，其特征在于，该第一节点与该第二节点分别为一终端机与一存取站，而该终端机向该存取站所发出的该请求信号为一探测请求信号，至于该存取站响应该请求信号所发出的该响应信号封包为一探测响应信号封包。

3.如权利要求2所述的时钟同步化方法，其特征在于，该响应信号封包中所包括的该激活时间值为该存取站中一远程计数器于该响应信号封包发出时的一远程计数值C1，而该终端机附加于该响应信号封包中的该本地时间值为该终端机中一本地计数器于收到该响应信号封包时的一本地计数值C2，至于该差值T＝C1-C2，且该差值T被存放于该终端机的一差值缓存器中。

4.如权利要求3所述的时钟同步化方法，其特征在于，将该差值T加上本地计数器的本地计数值来达成该终端机与该存取站间时钟的同步化。

5.如权利要求3所述的时钟同步化方法，其特征在于，还包括下列步骤：

将已同步化的本地计数值与一标志间隔进行运算后得到一下一目标标志传送时间并予以储存；以及

根据本地计数器所输出的计数值、该差值T与下一目标标志传送时间缓存器中所存放的下一目标标志传送时间(Next TBTT)进行运算比较，进而决定正常状态与睡眠状态的切换时间。

6.如权利要求1所述的时钟同步化方法，其特征在于，该第一节点与该第二节点分别为一第一终端机与一第二终端机。

7.一种无线局域网络媒体存取控制器，其特征在于，设置于一无线局域网络中的一第一节点内，该无线局域网络还包括一第二节点，当该第一节点向该第二节点发出一请求信号，该第二节点响应该请求信号而发出一响应信号封包，该响应信号封包中包括有一时间标记值，而该控制器包括：

一本地时间值附加器，其于收到该响应信号封包时，于该响应信号封包中附加一本地时间值；以及

一差值缓存器，将该时间标记值与该本地时间值间的一差值T予以储存并提供给该第一节点运用，以达成该第一节点与该第二节点间时钟的同步化。

8.如权利要求7所述的无线局域网络媒体存取控制器，其特征在于，该第一节点与该第二节点分别为一终端机与一存取站，而该终端机向该存取站所发出的该请求信号为一探测请求信号，该存取站响应该请求信号所发出的该响应信号封包为一探测响应信号封包，至于该响应信号封包中所包括的该激活时间值为该存取站中一远程计数器于该响应信号封包发出时的一远程计数值C1，而该终端机附加于该响应信号封包中的该本地时间值为该终端机中一本地计数器于收到该响应信号封包时的一本地计数值C2。

9.如权利要求8所述的无线局域网络媒体存取控制器，其特征在于，将该差值T加上本地计数器的本地计数值来达成该终端机与该存取站间时钟的同步化。

10.如权利要求8所述的无线局域网络媒体存取控制器，其特征在于，还包括一下一目标标志传送时间缓存器，其是将已同步化的本地计数值与一标志间隔进行运算后所得到一下一目标标志传送时间予以储存，进而使本控制器可根据本地计数器所输出的计数值、该差值T与该下一目标标志传送时间进行运算比较，进而决定正常状态与睡眠状态的切换时间。