CN1640032A - 支持经无线局域网连接的节点的时钟同步的内部信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一组内部信令(即，管理基元)来支持一种时钟同步协议，以便通过无线局域网(即，802.11网络)无线地同步有线或无线节点的时钟寄存器。该时钟同步是在驻留于两个不同的无线站(STA)内的两个较高层协议实体之间执行的。

Description

支持经无线局域网连接的节点的时钟同步的内部信号传输方法

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及时钟同步，并且尤其涉及在较高层协议上支持严格时钟同步的内部信号传输方法。

2.相关技术的描述

高精度时钟同步是分布式实时系统中的最基本的要求之一。由于不可避免的本地时钟的漂移，一个全局时基只能利用一个时钟同步协议来实现。其全部结合在此参考的于2002年3月7日提交的共同未决美国申请60/362,518提供了一种通过无线局域网(即，802.11网络)用于有线或无线的无线同步时钟寄存器的时钟同步协议。为了支持在其中公开的时钟同步协议，需要一组管理基元(即，内部信令)，这些基元将提供关于从媒体接入控制(MAC)到较高层协议的同步帧的信息。

发明内容

本发明提供了一组内部信令(即，管理基元)来支持一种时钟同步协议，用于通过无线局域网(即，802.11网络)无线地同步有线或无线节点的时钟寄存器。该时钟同步是在驻留于两个不同无线站(STA)之内的两个较高层协议实体之间执行的。

附图说明

通过结合附图参考随后的本发明的示意实施例的详细描述，本发明的上述特征将变得更为显而易见和可以被理解，其中：

图1示出将应用本发明的实施例的一个无线通信系统的结构；

图2a示出图1的通信系统的主节点和代表性的非主节点；

图2b示出以接近周期性的间隔从主节点发送到所有非主节点的两个连续发送的同步帧；

图3是用于描述图2a的主节点的802.11管理结构的示意图；

图4是表示根据本发明的一个实施例用于支持时钟同步的操作步骤的流程图；和

图5是进一步示出图4的流程图的操作步骤的一个处理流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了说明而不是限制的目的，给出例如特定结构、接口、技术等的具体细节，以提供本发明的全面理解。但是，对于本领域专业技术人员来说，显然本发明能以脱离这些具体细节的其它实施例来实践。在某些情况中，为了避免使本发明不清楚，以方框图的形式而非具体地示出熟知的结构与设备。

下面描述的本发明是以通过802.11无线LAN同步1394无线节点为上下文作出的。但是，将意识到，在此讨论的本发明的指教并没有如此被限制。即，本发明可适用于需要在此定义的严格同步的任何有线或无线的通信系统。例如，本发明适用于例如IEEE 802.3和以太网的有线通信系统。

现参考附图并且具体参考图1，描述其中可以实施本发明的最佳实施例的一个IEEE 802.11无线网络10。如所示的，网络10包括1394总线16、18和20，在最佳实施例中，这些总线与无线网桥(bridge)(节点)16a、18a和20a相关。无线网桥16a、18a和20a用作入口点，通过这些入口点、经网络10在1394总线16、18和20之间进行无线通信。网络10也包括1394独立无线节点21，这能够代表例如数字视频摄像机或手持设备的任何独立设备，其能够使用1394协议来与其它设备通信。网络10还包括有线1394节点16b和18b。

表示图1的示例性实施例，只是为了更清楚地描述本发明，并且本领域的技术人员将认识到在形式与功能上将可能有很多变型。例如，网络10可以包括或多或少数目的1394总线和/或任何其它类型的需要同步的节点。网络10还可以包括或多或少数目的独立或非独立的需要同步的节点。应该理解，网络10可以使用如图1的示例性实施例所示的802.11WLAN技术，或任何其它种类的连接无线/有线节点/总线的无线/有线通信系统。所有这样的变化都被认为是在本发明的精神与范围之内。下面提供网络10和示例性附图只作为实例来用于解释的目的而不打算暗示结构限制。

为了在网络10中执行时钟同步，从该网络10中被任意指定为主节点(或“根节点)的一个节点中产生时间标记值。在网络10中，节点16a被任意地选择为在该网络中每个其他非主节点(从属节点)将与之同步的主时钟主节点。在网络10中的主节点16a具有在该网络内时钟分布的作用。

为了易于说明，现参考图2a，仅使用示出的主节点16a和单个非主节点18a来描述时钟同步的处理。注意，在单个示出的非主节点18a中执行的操作以完全相同的方式发生在网络10的全部其它的非主节点中。图2a示出根据本发明的一个实施例的主节点16a和非主节点18a的结构。主节点16a和非主节点18a被示出为包括内部24.576MHz时钟(振荡器)16c和18c以及相关的周期-时间寄存器16d和18d。24.576时钟16c和18c自由地运行并且更新相关的周期-时间寄存器16d和18d的内容。周期-时间寄存器16d和18d提供指定当前时间值的字段，并且至循环时间寄存器的写入将时钟硬件初始化为包含在写入事务处理中的值。构成主节点16a和非主节点18a的单元是常规的，并且将不作进一步描述。

图2b示出执行时钟同步的两个连续发送的同步帧F_i27和F_i+128。同步帧27和28能以接近周期性的间隔从主节点16a发送到所有的非主节点，即网络10中的非主节点18a。每一同步帧都利用其信源地址(即发送该帧的主节点的MAC地址)和目的地址来标识。该目的地址是明确保留用于执行时钟同步的特殊的多址广播(multicast)地址。每一同步帧都以接近周期性间隔包括时钟-同步信息来同步周期-时间寄存器16d和18d。同步帧27和28从主节点16a中产生，以同步驻留于主节点16a和非主节点18内的较高层协议实体。本发明涉及用于支持这些较高层协议的方法。

为了说明在站管理实体(Station Management Entity)(SME)和主节点16a与非主节点18的MAC之间的管理基元，下面描述并在图3中示出一个802.11通用管理结构。在此描述的管理基元是用于1394时钟同步应用；然而，注意，本发明的管理基元对于任何要求严格同步的较高层协议具有更宽广的应用。

图3示出用于描述节点16a和18a的一个802.11管理结构。该结构包括三个组成部分：MAC层管理实体(MLME)31、物理层管理实体(PLME)33和系统管理实体(SME)35。在管理组成部分32、34和36之间具有三个定义的接口。SME 35既可以修改MAC又可以修改PHY管理信息库(MIB)。MAC 37和PHY 39层都访问MIB。能够查询MIB，以获得状态信息以及能够引起某些动作发生的目标。通过一个MLME_PLME服务接入点(SAP)34，MLME层31通过特定基元与PLME 33通信。当MLME层31命令时，PLME子层33指示PLCP子层43准备MPDU用于传输。PLCP子层43也把输入帧从无线媒体传送到MAC层37。通过把MPDU映射成适于由PMD子层45传输的一个帧格式，PLCP子层43最小化MAC层37对PMD子层45的依赖性。根据PLCP子层43的指示，PMD子层45提供了通过该无线媒体的两个站之间的PHY实体的实际传输和接收。为了提供此服务，该PMD子层45直接与空中媒体接口并且提供帧传输的调制和解调。

现在参考图4的流程图和图5的处理流程图，下面描述在支持一个较高层协议的时钟同步中牵涉的示意性步骤，例如根据本发明的示例性实施例的图1的无线节点。

该处理在步骤55开始，其中主节点16a中的较高层协议发出SME的同步请求。需要来自较高层协议的同步请求来启动该较高层同步协议。该SME随后以MLME-HL-SYNC.request(请求)基元的形式发出同步请求到该MLME 31，这具体地请求在MLME31中的同步-支持机构的启动。第一管理基元被描述为如下：

A. MLME-HL-SYNC.request基元的一般形式

MLME-HL-SYNC.request  {

                      RxAdress

                      }

B. 参数描述

                      表格1

参数名称	参数类型	有效参数范围	参数描述
				RxAdress	MACAddress	多址广播MAC地址	指定同步帧被寻址到的多址广播地址：

应注意，该MAC层37自己无从得知哪些帧是同步帧。因此，当利用较高层协议发出同步帧时，必须具有某种方式来识别这些同步帧。″RxAddress″参数是MAC层37用于识别一个帧为同步帧的工具。具体地说，该″RxAddress″通知该MAC层37：该MAC层37从较高层或从PHY层接收具有目标地址等于″RxAddress″的一个帧的时间，该″RxAddress″是一个多址广播地址，该帧应该由MAC层37标识为一个同步帧。

在步骤59，确定MAC层37是否接受来自SME 35的同步服务请求。如果MAC层37没有接受该服务请求，则该处理在步骤61结束。否则，如果MAC层37接受SME 35的同步服务请求，则该处理在步骤63继续。

在步骤61，由于MAC层37不接受来自SME的同步服务请求，所以该处理结束。在此情况中，MLME 31发出一个MLME-HL-SYNC.confirm(确认)基元给SME 35，利用参数设置：″ResultCode″＝Not Supported来指示在MAC层37中不支持该同步服务。

在步骤63，同步服务请求被确定为已被MAC层37接受。在此情况中，MLME 31发出MLME-HL-SYNC.confirm基元给SME 35，利用参数设置，″ResultCode″＝Success来指示支持该同步服务。

A. MLME-HL-SYNC.confirm基元的一般形式

MLME-HL-SYNC.confirm  {

                      ResultCode

                      }

B. 参数描述

                         表格II

参数名称	参数类型	有效参数范围	参数描述
				ResultCode	Enumeration	*Success*Not Supported	表示MLME-HL-SYNC请求的结果

在步骤65，第三基元报告同步帧的完成发送/接收。具体地说，由MLME 31产生一个MLME-HL-SYNC.indication(指示)基元并且作为PLME 33的结果发送给SME 35，通知MLME 31：它已接收/发送一个帧。

此第三基元涉及两种情况：同步帧的接收和发送。同步帧的接收发生在非主节点(即，18a)上，该节点18a从主节点(即，节点16a)接收同步帧。同步帧的发送发生在主节点16a上。

在非主节点18a上接收同步帧的情况下，MAC层37将查找正被接收的同步帧的目的地址，并且把该目的地址与先前由MLME-HL-SYNC.request(请求)基元指定的它自己的″RxAddress″进行比较。在匹配的情况下，MLME 31将通过该MLME-HL-SYNC.indication(指示)基元对该SME 35表示：它已接收了一个同步帧。当接收的同步帧的广播的最后符号由PHY层检测和通知时，发出MLME-HL-SYNC.indication。

在从主节点16a发送同步帧的情况下，MAC层37将查找发送帧的目的地址，并且把该目的地址与先前由MLME-HL-SYNC.request基元指定的它自己的″RxAddress″进行比较。在匹配的情况下，该MLME 31将通过MLME-HL-SYNC.indication基元对该SME 35表示：它已发送了一个同步帧。当发送的同步帧的广播的最后符号由该PHY层检测和通知时，发出MLME-HL-SYNC.indication。

A. 该基元的一般形式

MLME-HL-SYNC.indication

                         TxAddress

                         SequenceNumber

                         ProcDelay

                         }

B. 参数描述

                             表格III

参数名称	参数类型	有效参数范围	参数描述
				TxAddress	MACAddress	任何有效的单独MAC地址	指定发送同步帧的MAC实体的地址。在STA发送该帧的情况下，这将是它自己的MAC地址
SequenceNumber	Enumeration	如帧格式中定义的	指定接收/发送的同步帧的顺序号
				ProcDelay	Enumeration	≥0	指定在此基元的产生和在广播中检测到产生此基元的帧的某一预定检测点的时间之间的估算时间(以usec？为单位)。

虽然已经说明和描述了本发明的最佳实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的真实范围的条件下可以作出各种改变和修改以及进行部件的等效替代。另外，在不背离中心范畴的条件下可以实现许多改进以适应特定的情形和本发明的教导。因此，本发明意在不局限于作为实现本发明的最佳模式所公开的具体实施例，而在于本发明将包括落入所附的权利要求书的范围内的全部实施例。

Claims (13)

1.在包括可通信地耦合到一个网络(10)的多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)的一个通信系统中，所述多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)之中的每一个具有一个本地时基(18d)，所述多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)之一被指定为具有一个主时基(16c)的主节点(16a)，该主时基用作主时钟(16d)，所述非主本地时基(18d)被相对于该主时钟(16d)进行同步，用于支持所述主节点(16a)和非主节点(16b，18a，18b，20a，21)的较高层协议中的时钟同步的一种方法，该方法包括以下步骤：

(a)以所述主节点(16a)的一个较高层协议作出一个同步请求；

(b)从与所述节点相关的站管理实体(SME)(35)发出一个请求基元给请求同步支持机构的一个MAC层(37)管理实体(MLME)(31)；

(c)在所述MLME(31)上确定是否接受所述步骤(b)上的所述同步支持机构请求；

(d)在所述步骤(c)上接受所述请求的情况下，从所述MLME(31)发出一个确认基元给所述SME(35)，以指示支持所述同步支持机构；

(e)从与所述节点相关的一个物理层(PHY)将一个帧的接收和发送之一报告给所述MLME(31)；和

(f)响应于所述步骤(e)，从所述MLME(31)发出一个指示基元给所述SME(35)。

2.权利要求1的方法，进一步包括以下步骤：

在步骤(c)上由所述MLME(31)确定不接受所述同步支持机构的情况中，由所述MLME(31)结束该同步请求；和

利用等于″不接受″的一个ResultCode参数发出一个MLME-HL-SYNC确认基元。

3.权利要求1的方法，其中当由PHY层(39)检测和通知接收的或发送的同步帧的广播的最后一个符号时，发出从所述MLME(31)发给所述SME(35)的所述指示基元。

4.权利要求1的方法，其中从所述SME(35)发送给所述MLME(31)的所述请求基元是具有如下一般形式的MLME-HL-SYNC请求基元：

         MLME-HL-SYNC.request  {

                               RxAddress

                               }

其中：RxAddress是一个多址广播地址。

5.权利要求1的方法，其中从所述MLME(31)发给所述SME(35)的所述确认基元是具有如下一般形式的MLME-HL-SYNC请求基元：

         MLME-HL-SYNC.confirm  {

                               ResultCode

                               }

其中：ResultCode＝具有″支持″或″不支持″的一个值。

6.权利要求1的方法，其中从所述MLME(31)发给所述SME(35)的指示基元是具有如下一般形式的一个MLME-HL-SYNC指示基元：

      MLME-HL-SYNC.indication  {

                               TxAddress

                               SequenceNumber

                               ProcDelay

                               }

其中：TxAddress指定发送该同步帧的MAC实体的地址；

SequenceNumber指定该同步帧的顺序号；

ProcDelay指定该基元的产生和在广播中检测到产生此基元的帧的某一预定检测点的时间之间的估算时间。

7.权利要求1的方法，其中所述网络是无线与有线网络之一。

8.在包括通过一个网络(10)可通信地耦合的多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)的一个通信系统中，所述多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)之中的每一个具有一个本地时基(18d)，所述多个非主节点(16b，18a，18b，20a，21)之一被指定为具有一个主时基(16c)的主节点(16a)，该主时基用作主时钟(16d)，所述非主本地时基(18d)被相对于该主时钟(16d)进行同步，该系统包括：

用于以所述主节点(16a)的一个较高层协议作出一个同步请求的装置；

用于从与所述节点相关的站管理实体(SME)(35)发出一个请求基元给请求一个同步支持机构的MAC层(37)管理实体(MLME(31))的装置；

用于在所述MLME(31)上确定是否接受所述步骤(b)上的所述同步支持机构请求的装置；

用于在所述步骤(c)接受所述请求的情况下从所述MLME(31)发出一个确认基元给所述SME(35)以指示支持所述同步支持机构的装置；

用于从与所述节点相关的一个物理层(PHY)将一个帧的接收或发送之一报告给所述MLME(31)的装置；和

用于响应于所述步骤(e)而从所述MLME(31)发出一个指示基元给所述SME(35)的装置。

9.权利要求8的系统，进一步包括：

用于在步骤(c)由所述MLME(31)确定不接受所述同步支持机构的情况中由所述MLME(31)结束该同步请求的装置；和

用于利用指示不接受所述同步支持机构的一个ResultCode参数发出一个MLME-HL-SYNC确认基元的装置。

10.权利要求8的系统，其中所述的用于发送指示基元的装置还包括：用于指示接收的或发送的同步帧的广播的最后一个符号由PHY层(39)检测和通知的时间的装置。

11.权利要求8的系统，其中所述请求基元至少包括一个指定一个多址广播地址的参数。

12.权利要求8的系统，其中所述指示基元至少包括用于指定发送该同步帧的MAC实体的地址的第一参数、用于指定该同步帧的顺序号的第二参数、以及用于指定在该基元的产生和在广播中检测到产生该基元的帧的某一预定检测点的时间之间的估算时间的第三参数。

13.权利要求8的系统，其中所述网络是无线与有线网络之一。

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