CN1505279A - 无线接入网络系统、无线通信方法、同步服务器及节点 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的就是可防止其内出现了网络波动延迟的IP网或基于IP的无线接入网中的时钟不同步状态。该同步服务器包括一时钟发生器(11)和一同步消息传输器(14)和(15)。该时钟发生器周期性产生一时钟。该同步消息传输器产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息，并利用IP包将所产生的同步消息传送到节点。该节点包括一时间计算器(18)和一时钟校正处理器(20)。该时间计算器获得了用于接收同步消息的时间。该时钟校正器根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值，并根据时钟校正值来校正节点中的已产生的时钟的时间。

Description

无线接入网络系统、无线通信方法、同步服务器及节点
相互参照的相关申请
本申请是基于并且申请专利的范围属于在先的日本专利申请号为NO.P2002-349888，申请日为2002年11月2日的优先权；通过参照优先权文本的整个内容都包含在这里。
技术领域
本发明涉及一种无线接入网络系统、一种无线电通信方法、一种同步服务器及节点。该无线接入网络系统包括一同步服务器以及至少一个由多个内时钟所操作的诸如基站和控制设备这样的节点。
背景技术
传统的，与IP网络相连的其起同步主机作用的IP终端周期性的将同步计时包传送到与IP网络相连的其起同步从机作用的IP终端。同步从机根据接收同步计时包的假定时间与接收同步计时包的实际时间之间的差值来确定同步状态，以便使同步从机的时钟与同步主机的时钟相同步。
具体的说，传统的起同步主机作用的IP终端以固定的发送间隔将同步计时包传送到起同步从机作用的IP终端。在传送/接收同步计时包期间根据时钟计数器值来执行时钟的同步。
然而，上述同步系统不包括有具有一基站和一控制设备的基于IP的无线接入网络以作为其应用环境，因此不能使该无线接入网络中的基站和控制设备彼此同步，不同步状态造成了传送/接收数据的过量或不足，结果解决此问题变得必要，同时为了解决此问题增加了处理负荷。
根据该同步系统，IP终端被用作同步主机，以便可以连续的执行集中式控制，同时可能造成稳定的同步处理操作则变得很困难。
另外，还存在这样一个问题，当同步主机与同步从机之间出现了网络波动传输延迟时，根据上述同步系统中的网络波动传输延迟的影响而在同步主机与同步从机之间出现了时钟的不同步状态。
也就是说，在传统的同步系统中同步主机对每个从机的同步消息(同步计时包)进行传送。然而，根据通信状态或通信路径，同步消息到达同步从机被延迟了，并且将该延迟确定为时钟的不同步状态，而不考虑该延迟由通信环境所造成的事实。因此，很难设置适当的同步。
发明内容
针对上面的描述，本发明的一个目的就是提供了一无线接入网络系统、一无线通信方法、一同步服务器以及与其相对应的节点设备。该无线接入网络系统可使甚至是下述网络中的时钟相同步，所述的网络即就是IP网络或其内出现了网络波动传输延迟的基于IP的无线接入网络。
本发明的第一个方面概述了一个具有一同步服务器和至少一节点的无线接入网络系统。该同步服务器包括一时钟发生器和一同步消息传输器。该时钟发生器周期性产生一时钟。该同步消息传输器产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息，并利用IP包将所产生的同步消息传送到节点。节点包括一时间计算器和一时钟校正处理器。该时间计算器获得了用于接收同步消息的时间。该时钟校正处理器根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值，并根据时钟校正值来校正节点中的已经产生的时钟的时间。
本发明的第二个方面概述了具有一同步服务器和至少一节点的无线接入网络系统中的一无线通信方法。该方法包括步骤：(A)在同步服务器中产生了一周期性时钟；(B)在同步服务器中产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息；(C)在同步服务器中利用IP包将所产生的同步消息传送到节点；(D)在节点中根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值；以及(E)在节点中根据时钟校正值来校正节点中的已经产生的时钟的时间。
本发明的第三个方面概述了具有至少一节点的无线接入网络系统中的一同步服务器。该服务器包括一时钟发生器和一同步消息传输器。该时钟发生器周期性产生一时钟。该同步消息传输器产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息，并利用IP包将所产生的同步消息传送到节点。
在第三个方面，同步消息传输器将用于发送同步消息的时间设置为与同步消息中的时钟有关的消息。
本发明的第四个方面概述了具有一同步服务器的无线接入网络中的一节点。该节点包括一接收器、一时间计算器、以及一时钟校正处理器。该接收器接收一同步消息，该同步消息用于通知与同步服务器中所产生的时钟有关的信息。该时间计算器获得了用于接收同步消息的时间。该时钟校正处理器根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值，并根据时钟校正值来校正节点中的已经产生的时钟的时间。
在第四个方面中，时间计算器可测定同步消息的接收间隔，并且当同步消息的接收间隔大于预定门限值时无需利用同步消息即可计算时钟校正值。
在第四个方面中，节点还包括一存储器。根据接收的同步消息，该存储器使设置在同步消息中的发送时间与用于在节点中接收同步消息的时间相关联。
在第四个方面中，时间计算器从存储器中可以获得发送同步消息的时间及接收同步消息的时间，并计算同步消息的发送间隔及同步消息的接收间隔，且根据发送间隔与接收间隔间的比较来计算校正值。
附图说明
图1给出了一实施例的无线接入网络的网络结构示例的示意图；
图2给出了该实施例的同步服务器的同步消息传输功能的功能结构方框图；
图3给出了该实施例的无线接入网络中的节点的同步消息传输功能的功能结构方框图；
图4给出了该实施例的同步消息的数据结构示意图；
图5给出了该实施例的无线接入网络中的同步服务器与作为节点的控制设备/基站间的时钟同步控制过程示例的序列图；
图6给出了该实施例的无线接入网络中的同步服务器和作为节点的控制设备/基站的操作流程图。
具体实施方式
参考图1至4，对根据本发明实施例的无线接入网络系统进行详细的说明。
(无线接入网络系统的结构)
图1给出了该实施例的无线接入网络的结构。通过周期性的对来自同步服务器5的三个同步消息进行传送这种方式的一个例子来对该实施例进行描述。
如图1所示，该实施例的无线接入网络系统包括基站1至3、一控制设备4、以及同步服务器5，其均通过IP网络16而相连。
在同步服务器5与多个诸如基站1至3、控制设备4等等这样的多个节点间发送/接收同步消息8至10，以便使IP网络16中的诸如控制设备4、基站1至3等等这样的多个节点间设置时钟同步。
例如，如图5所示，已接收到同步消息的每个节点1至4根据每个节点1至4的时钟来测定同步消息的接收间隔β1、β2。
每个节点1至4将这些接收间隔的平均值β＝(β1+β2)/2与同步消息的发送间隔α相比较。
在α＞β的情况下，每个节点1至4确定节点的时钟落后于同步服务器5的时钟，以及将节点时钟提前相应的量。
在α＜β的情况下，每个节点1至4确定节点的时钟落提前于同步服务器5的时钟，以及将节点时钟延迟相应的量。
在α＝β的情况下，每个节点1至4确定节点与同步服务器5之间不存在不同步。
(同步服务器的结构)
对同步服务器5的结构进行详细的描述。图2给出了同步服务器5的内部结构方框图。
如图2所示，同步服务器5包括一时钟发生器11、一时钟计数器12、一中断发生器13、一同步消息产生单元14、以及一IP包传输处理单元15。
时钟产生器11是用于产生预定周期的时钟的一模块。将所产生的时钟输入到时钟计数器12中。
时钟计数器12是对从时钟发生器11所输入的时钟数进行计数的一模块。时钟计数器12根据预定的同步消息周期、在一同步消息周期中所传送的同步消息数目、以及同步消息的发送间隔(同步消息发送间隔)来将触发信号输入到中断发生器13中。同步消息通知与时钟发生器11所产生的时钟相关的信息。
中断发生器13是这样的一模块，即根据触发信号将当输入了来自时钟计数器12的触发信号时的一时钟计数器值以及可标识同步消息传输指令的一中断触发信输出到同步消息产生单元14。
同步消息产生单元14是用于产生同步消息8至10的一模块。同步消息产生单元14在同步消息中设置已被设置在中断触发信号中的时钟计数器值，同时传送该同步消息。
同步消息产生单元14将所产生的同步消息和传输请求传送到IP包传输处理单元15中。
IP包传输处理单元15是用于根据传输请求将同步消息传送到每个节点上的一模块。同步消息是利用IP包来传送的。
在该实施例中，将同步消息的目的IP地址设置为广播地址，通过广播通信将同步消息传送到IP网络16中的所有节点。例如，通过IP网络16按照最高IP优先级的IP包来传送同步消息。
(节点的结构)
对无线接入网中的诸如基站1至3、控制设备4等等这样的节点结构进行详细的描述。图3给出了每个节点1至4的结构方框图。
如图3所示，每个节点1至4包括一IP包接收处理单元17、一发送/接收时间计算单元18、一时钟计数器19、一时钟校正处理单元22、一时钟发生器21、以及一存储器18a。
IP包接收处理单元17是这样的一模块，即该模块通过IP网络16来接收来自同步服务器5的IP包并确定所接收到的IP包的消息类型。当所接收到的IP包的消息类型是同步消息时，IP包接收处理单元17将所接收到的同步消息输出到发送/接收时间计算单元18。
发送/接收时间计算单元18是在接收同步消息时用于从时钟计数器19中读取时钟计数器值的一模块，以便可获得用于接收同步消息的时间(接收时间)。发送/接收时间计算单元18时用于从在每个接收到的同步消息中所设置的时钟计数器值中获得用于传输同步消息的时间(发送时间)的一模块。
当存储在存储器18a中的同步消息信息表T1中的已接收到消息数目已达到了预定数目时，发送/接收时间计算单元18是将一开始触发信号输出到时钟校正处理单元20的一模块。
根据接收到的同步消息，发送/接收时间计算单元18将“1”添加到同步消息信息表T1中的已接收到消息的数目上，以便更新同步消息信息表T1。
更具体的说，当接收到同步消息时，发送/接收时间计算单元18存取与同步消息信息表T1中的已接收到消息的数目有关的已接收到消息信息入口#n。此后发送/接收时间计算单元18将所获得的接收时间及所获得的发送时间写入已接收到消息信息入口#n中。
存储器18a是诸如非易失性存储器和硬盘这样的用于存储同步消息信息表T1的记录设备。
如图4所示，同步消息信息表T1具有其内写入了已接收同步消息数目的一区域以及其内写入了与各个所接收到的同步消息有关的已接收消息信息入口#1至#n的一区域。
每一同步消息的发送时间和接收时间被写在每个所接收的消息信息入口#1至#n中。
时钟校正处理单元20是这样的一模块，即该模块根据发送/接收时间计算单元18所获得接收时间以及同步消息所通知的与同步服务器5的时钟有关的信息来计算时钟校正值。
时钟校正处理单元20根据所计算的时钟校正值来校正节点中的已产生的时钟的时间。
具体的说，时钟校正处理单元20参照存储在存储器18a中的同步消息信息表T1，以便扫描与一开始所接收到的同步消息数目相对应的已接收消息信息入口#1至#n。
时钟校正处理单元20为已接收消息信息入口#1和#2、#2和#3、以及#n-1和#n计算发送时间差值Tx_dif(同步消息的发送间隔)以及接收时间差值Rx_dif(同步消息的接收间隔)，以便计算发送时间差值Tx_dif的平均值α以及接收时间差值Rx_dif的平均值β。
当计算的结果是α＞β时，指示时钟发生器21使1个时钟时间缩短((α-β)/β/m)。这里，m表示与时钟计数器19的1个预定时钟计数器时间相等的时钟数目。
另一方面，当计算的结果是α＜β时，指示时钟发生器21使1个时钟时间延长((β-α)/β/m)。
当计算的结果是α＝β时，不对时钟发生器作任何指示。
也就是说，时钟校正处理单元21计算同步消息的发送间隔以及同步消息的接收间隔，并根据发送间隔与接收间隔之间的比较来计算时钟校正值。
当Tx_dif与Rx_dif间的差值大于预定门限值时，校正处理单元20包括一滤波功能以确定网络中的延迟波动很大并使Tx_dif和Rx_dif无效。
也就是说，当同步消息的接收间隔大于预定门限值时，钟校正处理单元20无需利用同步消息即可计算时钟校正值。
时钟发生器21是用于根据时钟校正处理单元20的指令来改变(校正)时钟时间的一模块。
(无线接入网络系统的操作)
无线接入网络系统按照下述方式来进行操作。
图5给出了同步服务器5与诸如基站1至3、控制设备4等等这样的节点间的同步消息传输概述的时序图。
图6给出了在同步服务器5和诸如基站1至3、控制设备4等等这样的节点中的处理操作流程图。
如图5所示，首先，同步服务器5通过在给定的周期发送时间X以发送间隔α来进行广播而将三个同步消息8至10传送到无线接入网络(IP网络16)中的节点1至4。
在这种情况下，对其上添加有发送时间和最高优先级的同步消息进行发送。
路由器和节点1至4根据无线接入网络中所设置的优先权来在其他IP包之前执行对同步消息的接收处理和发送处理。
当传送并接收同步消息时，同步服务器5中的同步消息传输功能处理以及无线接入网中的诸如基站1至3、控制设备4等等这样的各个节点中的同步信息接收功能处理如下。
如图6所示，在步骤S101，同步服务器5的时钟发生器11产生了一时钟，以便将所产生的时钟传送到时钟计数器12。
在步骤S102，根据接收到的来自时钟发生器11的时钟，时钟计数器更新计数器的预定周期。
在步骤S103，每次计数器被更新时，时钟计数器12确定预定的同步消息周期是否已完成。
在步骤S104，如果确定同步消息周期已完成(步骤S103中的“是”)，根据预定数目的同步消息以及同步消息发送间隔，将触发信号输出到中断发生器13。
另一方面，如果确定消息周期还未完成(步骤S103中的“否”)，则重复步骤S101和S102这个循环处理。
在输出来自时钟计数器12的触发信号时，中断发生器13将用于标识时钟计数器值的中断触发信号以及同步消息传输指令输出到同步消息产生单元14。
同步消息产生单元14产生了其内设置有时钟计数器值的一同步信号，该时钟计数器值被设置为中断触发信号中的发送时间。
在步骤S105，同步消息产生单元14请求IP包传输处理单元15通过广播的方式以最高优先级来传送所产生的同步消息。
在步骤S106，IP包传输处理单元15通过IP网络16来传送所请求的作为一IP包进行传输的同步消息。其中上述IP包内的目的IP地址是一广播地址并且IP优先级是最高优先级。在步骤S201，诸如基站1至3、控制设备4等等这样的节点的IP包接收处理单元17通过IP网络16来接收IP包。
在步骤S202，IP包接收处理单元17确定所接收到的IP包的消息类型。
当消息类型是同步消息(步骤S202中的“是”)时，将所接收到的同步消息输出到发送/接收时间计算单元18。
在步骤S203，在输入同步消息的同时，发送/接收时间计算单元18从时钟计数器19中读取时钟计数器值。
在步骤S204，发送/接收时间计算单元18将“1”添加到存储在存储器18a中的同步消息信息表T1中的已接收消息的数目上，以便更新同步消息信息T1。
在步骤S204，发送/接收时间计算单元18存取与同步消息信息表T1中的已接收消息的数目有关的已接收消息信息入口#n。
将从时钟计数器19中所读取的时钟计数器值以及在所接收到的同步消息中所设置的时钟计数器值分别设置为接收信息入口#n中的接收时间和发送时间。
在步骤S205，发送/接收时间计算单元18确定同步消息信息表T1的已接收消息数目是否已达到预定的门限值。
如果已接收消息的数目已达到了预定的门限值(步骤S205中的“是”)，将一开始触发信号发送到时钟校正处理单元20。
在步骤S206，根据接收到来自发送/接收时间计算单元18的开始触发信号，时钟校正处理单元20顺序的参照与同步消息信息表T1中的起初接收到的消息信息入口#1的已接收消息数目相等的已接收消息数目。
时钟校正单元20为已接收消息信息入口#1和#2、#2和#3、及#n-1和#n计算发送时间差值Tx_dif(同步消息的发送间隔)以及接收时间差值Rx_dif(同步消息的接收间隔)。
在步骤S207，时钟校正处理单元20根据该计算结果来执行滤波功能，以便删除允许范围之外的数据。
也就是说，如果差值Tx_dif和差值Rx_dif大于预定的门限值，时钟校正处理单元20确定在网络中的延迟功能大以及无效所接收的消息信息入口间的差值Tx_dif和差值Rx_dif。
在步骤208中，时钟校正处理单元20根据在滤波功能中选择的计算结果计算已得到的发送时间差值Tx_dif的平均值α和已得到的接收时间差值Rx_dif的平均值β并且比较α和β。
如果在步骤S208确定出α＞β时，则指示时钟发生器21使1个时钟时间缩短((α-β)/β/m)，因此在步骤S210中提前了时钟。
另一方面，如果在步骤S208确定出α＜β时，则指示时钟发生器21使1个时钟时间延长((β-α)/β/m)，由此在步骤S209中延迟时钟。
如果在步骤S208确定出α＝β时，不对时钟发生器作任何指示。
时钟发生器21是根据时钟校正处理单元20的指令来改变时钟时间。
(操作和效果)
根据无线接入网络系统和上述实施例的无线通信方法，通过无线接入网中的诸如基站1至3、控制设备4等等这样的节点间的同步消息而使时钟同步，以便可防止由于时钟偏差所引起的处理延迟和处理负荷的增加。
尤其是，根据该实施例，发送/接收时间计算单元18的滤波功能可使由于通信环境而造成的其内出现了延迟的同步消息的传输/接收间隔无效，这样可防止同步消息延迟对时钟校正值的不良作用。
此外，根据该实施例，与多个同步消息有关的信息存储在存储器18a中，并通过利用连续同步消息的发送/接收差值来计算时钟校正值，这样根据所累积的信息来统计计算时钟校正值以便可稳定的进行时钟校正。
根据该实施例，由位于无线接入网中的同步服务器5来执行同步处理，可连续的执行集中式控制，因此能够稳定的执行同步处理。
如上所述，根据该方面，可防止由于其内出现了网络波动延迟的IP网或基于IP的无线接入网中的时钟不同步所造成的处理延迟和处理负荷的增加。
对于本领域普通技术人员来说其他优点和修改是显而易见的。因此，具有更广方面的本发明并不局限于这里所示出的并且所描述的具体说明及示例性实施例。因此，在不脱离由随后权利要求及其等价体所定义的一般发明构思的精神和范围的情况下，可对其作出各种修改。

Claims (8)

1、一种具有一同步服务器和至少一节点的无线接入网络系统，其中
该同步服务器包括：
一时钟发生器，该时钟发生器周期性产生一时钟；和
一同步消息传输器，该同步消息传输器产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息，并利用IP包将所产生的同步消息传送到节点；以及
该节点包括：
一时间计算器，该时间计算器获得了用于接收同步消息的时间；和
一时钟校正处理器，该时钟校正器根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值，并根据时钟校正值来校正节点中的已产生的时钟的时间。
2、一种无线接入网络系统中的无线通信方法，该无线接入网络具有一同步服务器和至少一节点，该方法包括步骤：
在同步服务器中产生了一周期性时钟；
在同步服务器中产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息；
在同步服务器中利用IP包将所产生的同步消息传送到节点；
在节点中根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值；以及
在节点中根据时钟校正值来校正节点中的已产生的时钟的时间。
3、一种无线接入网络系统中的同步服务器，该无线接入网络系统具有至少一个节点，该服务器包括：
一时钟发生器，该时钟发生器周期性产生一时钟；和
一同步消息传输器，该同步消息传输器产生了用于通知与所产生的时钟有关的信息的一同步消息，并利用IP包将所产生的同步消息传送到节点。
4、根据权利要求3所述的同步服务器，其中同步消息传输器将用于发
送同步消息的时间设置一为与同步消息中的时钟有关的消息。
5、一种无线接入网络系统中的节点，该无线接入网络系统具有一同步服务器，
该节点包括：
一接收器，该接收器接收一同步消息，该同步消息用于通知与同步服务器中所产生的时钟有关的信息；
一时间计算器，该时间计算器获得了用于接收同步消息的时间；和
一时钟校正处理器，该时钟校正器根据用于接收同步消息的时间以及由同步消息所通知的与时钟有关的信息来计算时钟校正值，并根据时钟校正值来校正节点中的已产生的时钟的时间。
6、根据权利要求5所述的节点，其中时间计算器可测定同步消息的接收间隔，并且当同步消息的接收间隔大于预定门限值时无需利用同步消息即可计算时钟校正值。
7、根据权利要求5所述的节点，其中节点还包括一存储器，当接收同步消息时，该存储器使设置在同步消息中的发送时间与用于在节点中接收同步消息的时间相关联。
8、根据权利要求7所述的节点，其中时间计算器从存储器中获得发送同步消息的时间及接收同步消息的时间，并计算同步消息的发送间隔及同步消息的接收间隔，且根据发送间隔与接收间隔间的比较来计算时钟校正值。
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