-
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung beziehen sich auf eine Taktsynchronisation und insbesondere
auf eine IEEE-1588-Taktsynchronisation.
-
Vorliegende
Verfahren zum Synchronisieren von Takten über Kommunikationsnetzwerke
wie z.B. Network Time Protocol (NTP, Netzwerkzeitprotokoll) und
IEEE-1588 gehen davon aus, dass Übertragungsverzögerungen
in dem Netzwerk symmetrisch sind. Das heißt, dass man davon ausgeht,
dass die Verzögerung
beim Übertragen
eines Pakets von A nach B gleich der Verzögerung beim Übertragen
eines Pakets von B nach A ist. Besonders im Fall von IEEE-1588 ist
diese Annahme erforderlich, um ein System linearer Gleichungen nach
den Verzögerungen
zwischen den verschiedenen Takten in dem Netzwerk aufzulösen.
-
Jedoch
ist diese Annahme bei fein graduierten Zeitmaßstäben falsch. Beispielsweise
umfassen übliche
paarverdrillte Kabel, die für
Ethernet verwendet werden, z.B. diejenigen, die den Standard CAT5 (als
ANSI – TIA – EIA-568-B
definiert) oder den Standard CAT6 (ANSI – TIA – EIA-568-B.2-1) erfüllen, vier farbcodierte
verdrillte Kupferdrahtpaare mit RJ45-Verbindern. Üblicherweise
sind einzelne Drähte
Kupfer der Stärke
24, wobei Paare etwa drei Verdrillungen pro Zoll aufweisen. Die
anwendbaren Standards legen Parameter wie z.B. Impedanz, Einfügungsverlust,
Nahnebensprechen und Rückflussdämpfung fest.
Da die Kabel aus verdrillten Paaren gebildet sind, gibt es keine
Garantie, dass die elektrische Länge
eines verdrillten Paares gleich der elektrischen Länge eines
anderen verdrillten Paares in demselben (dem Standard entsprechenden)
Kabel ist. Und wenn sie auf der Nanosekunden- und Subnanosekunden-Ebene
gemessen werden, weisen einzelne Paare in demselben Kabel unterschiedliche elektrische
Längen
auf und bewirken somit unterschiedliche Verzögerungen bei der Signalausbreitung.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Asymmetrien
bei Übertragungsverzögerungen
einzelner Netzwerkkabel werden gemessen und dem einzelnen Kabel
zugeordnet. Gemessene Daten können
durch eine Verwendung von Seriennummern an dem Kabel, von für Menschen,
Maschinen oder elektrisch lesbaren Kennungen oder dergleichen einzelnen
Kabeln zugeordnet werden. Messdaten können dazu verwendet werden,
die Leistungsfähigkeit von
Netzwerktaktsynchronisationssystemen zu verbessern. Andere Parameter
können
gemessen und einzelnen Kabeln zugeordnet werden.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
-
1 ein
Kabel gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Derzeitige
Algorithmen zur Taktsynchronisation bei verdrahteten Netzwerken
wie z.B. IEEE-1588 (offiziell IEEE 1588-2002, durch Bezugnahme in das vorliegende
Dokument aufgenommen) arbeiten unter der Annahme, dass Verzögerungen,
die durch Elemente wie z.B. Netzwerkkabel bewirkt werden, symmetrisch
sind. Das heißt,
dass die Verzögerung,
die durch ein bestimmtes Netzwerkkabel beim Senden eines Pakets
vom Punkt A zum Punkt B bewirkt wird, dieselbe ist wie die Verzögerung,
die durch dieses Netzwerkkabel bewirkt wird, wenn ein Paket vom Punkt
B zum Punkt A gesendet wird. Bei einem Ethernet-Netzwerk, das 100BASE-TX-Standards verwendet,
um Daten über
paarverdrillte CAT5-Kabel zu senden, werden ver schiedene Paare des
Kabels dazu verwendet, Daten in verschiedenen Richtungen zu senden.
Obwohl Kabel aktuelle Standards (wie z.B. CAT5, CAT5E und/oder CAT6)
erfüllen
mögen, sind
die zeitlichen Verzögerungen,
die durch unterschiedliche elektrische Längen der verschiedenen verdrillten
Paare in dem Kabel bewirkt werden, wahrscheinlich nicht identisch.
Diese Asymmetrie bei zeitlichen Verzögerungen bewirkt Fehler bei
dem Taktsynchronisationsprozess.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Parameter für
einzelne Kabel gemessen und dem einzelnen Kabel zugeordnet. Diese
Parameter umfassen Ausbreitungszeiten in jeder Richtung. Modernste
Parameter könnten
Transferfunktionen umfassen. Es wurde ein Testen von Parametern
wie z.B. des Datums und der Uhrzeit durchgeführt, und auch Umgebungsparameter
wie z.B. die Umgebungstemperatur können gemessen und dem einzelnen
Kabel zugeordnet werden.
-
Ein
Messen von Parametern wie z.B. Ausbreitungszeiten kann anhand einer
Anzahl von Verfahren durchgeführt
werden. Falls Messungen während
einer Kabelmontage durchgeführt
werden, bei der beide Enden des Kabels an derselben Testvorrichtung
angeschlossen werden können,
können
Verzögerungen,
beispielsweise Verzögerungen,
die bei einem mehrfach paarverdrillten Kabel wie z.B. einem CAT5E-Kabel
durch einzelne Paare bewirkt werden, direkt gemessen werden. Man
sollte beachten, dass, nachdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines
Kabels bekannt ist oder bestimmt wurde, die elektrische Länge in die
Ausbreitungszeit übersetzt
werden kann, und umgekehrt.
-
Man
sollte beachten, dass, wenn man von Ausbreitungszeiten in jeder
Richtung in Bezug auf gemeinhin eingesetzte Netzwerkkabel wie z.B.
mehrfach paarverdrillte Kabel spricht, sich „jede Richtung" auf eines oder mehrere
verdrillte Paare bezieht, die in dem Kabel verwendet werden, um
Daten in dieser bestimmten Richtung zu senden. Beispielsweise werden
bei 1000BASE-TX zwei der vier verdrillten Paare verwendet, wobei
ein verdrilltes Paar dazu verwendet wird, Daten in jeder Richtung
zu senden. Ausbreitungszeiten müssen
nicht dadurch gemessen werden, dass das Kabel physisch umgekehrt
wird, sondern können
stattdessen dadurch gemessen werden, dass die Ausbreitungszeiten
jedes verdrillten Paares gemessen werden.
-
In
einer Feldumgebung, beispielsweise wo ein Kabel von einer Rolle
genommen wird, auf die benötigte
Länge zugeschnitten
wird und wo Verbinder angelegt werden, wie es bei üblichen
Installationen in Gebäuden
der Fall wäre,
können
Zeitbereichreflektometrie-Verfahren (TDR-Verfahren, TDR = time domain
reflectometry) verwendet werden, um die elektrischen Längen der
einzelnen verdrillten Paare in einem mehrfach paarverdrillten Kabel
zu messen.
-
Ob
die Ausbreitungsdaten in Form von Zeiten, Deltazeiten bezüglich eines
Referenzpaares, elektrischen Längen
oder Deltas in elektrischen Längen
bezüglich
eines Referenzpaares vorliegen – die Anwendung,
z.B. eine Implementierung des IEEE-1588-Präzisionszeitprotokolls (PTP – Precision Time
Protocol), das an einer an dem Ende des Kabels angeschlossenen Vorrichtung
läuft,
muss diese Ausbreitungsdaten zuweisen und interpretieren.
-
Ausbreitungsdaten
können
in einer Anzahl von Formen aufbewahrt werden. Beispielsweise können in
dem Fall eines CAT5E-Kabels, das vier verdrillte Paare aufweist,
vier Zahlen, die Zeitverzögerungen
darstellen, aufbewahrt werden, eine für jedes Paar. Als Alternative
kann ein Paar als Referenzpaar verwendet werden, und die Unterschiede
bezüglich des
Referenzpaares können
für die
anderen Paare aufgezeichnet werden.
-
Nachdem
diese Ausbreitungsdaten an einem einzelnen Kabel erhalten wurden,
werden jene Daten gemäß der vorliegenden
Erfindung dem Kabel zugeordnet.
-
Ein
Lösungsansatz
bezüglich
dessen, die Ausbreitungsdaten einem einzelnen Kabel zuzuordnen,
besteht darin, jedes einzelne Kabel mit einer Seriennummer zu versehen
und die Ausbreitungsdaten mit der Seriennummer in einer Computerdatenbank zu
speichern. Seriennummern können
in einer für Menschen,
für Maschinen
und/oder elektrisch lesbaren Weise an einem oder beiden Enden des
Kabels vorgesehen sein.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 weist ein Ethernet-Kabel 100 Verbinderenden 110 und 120 auf.
Eine Seriennummer kann an den RJ45-Verbindern 110 und/oder 120,
die jedes Ende des Kabels abschließen, platziert werden. Eine
Kennung, die Seriennummerninformationen enthält, kann an einem Ende des
Kabels befestigt werden. Oder es kann eine Kennung, die Seriennummerninformationen
wie z.B. eine für
Menschen lesbare Seriennummer und einen Strichcode, der dieselbe
Nummer darstellt, enthält,
an dem Kabel 130 angebracht werden, wobei sie beispielsweise
durch einen durchsichtigen Wärmeschrumpfschlauch
geschützt
sein kann. Die Seriennummerninformationen können auf der Kabelummantelung
angegeben sein.
-
Die
Seriennummer kann in einer elektrisch lesbaren Form bereitgestellt
werden, indem auf dem Kabel eine RFID-Kennung (RFID = Radio Freuqency Identification,
Hochfrequenz-Identifikation
platziert wird. Obwohl Kennungen und identifizierende Informationen
an einer beliebigen Stelle entlang dem Kabel platziert werden können, legt
die Nützlichkeit
nahe, dass sie in der Nähe
eines der oder beider Verbinder platziert werden. Ein alternativer
Lösungsansatz
besteht darin, eine elektrisch lesbare Seriennummer durch die Verwendung
einer Vorrichtung wie z.B. des iButton, der von Maxi/Dallas Semiconductor, Sunnyvale,
Kalifornien, hergestellt wird, bereitzustellen.
-
Die
Seriennummer kann auch in einer elektrisch lesbaren Form bereitgestellt
werden, die durch das Kabel selbst lesbar ist. Dies kann durch ein
Bereitstellen eines in das Kabel integrierten kleinen Netzwerkknotens 140 oder
durch Verwenden eines anderen Signalisierungsmittels, z.B. eines
Schaltens der Speichervorrichtung zwischen Kabelpaare, erfolgen.
Der Standard IEEE 1451.4-2004 definiert ein Verfahren zum Kommunizieren
sowohl von normalen Daten als auch von Metadaten über Sensoren,
wobei ein Wandler-Elektronisches-Datenblatt
(TEDS – transducer
electronic data sheet) und eine physische Verbindung (MMI bzw. mixedmode
interface, Mischmodusschnittstelle) zum Wiedergewinnen von TEDS-Informationen
definiert werden, und kann hier angewendet werden. Insbesondere
ist die durch den Standard definierte Schablonendefinitionssprache (TDL – template
definition language) anwendbar.
-
In
einer Feldumgebung, beispielsweise dort, wo Kabel nach Länge montiert
werden, können
die Ausbreitungsdaten gemessen und dem Tor der Netzwerkausrüstung, z.B.
einem Schalter oder Router, mit dem das Kabel verbunden ist, zugeordnet
werden.
-
Die
Ausbreitungsdaten selbst können
in einer für
Menschen, für
Maschinen und/oder in einer elektrisch lesbaren Form an dem Kabel
platziert werden. Es können
verschiedene in der Technik bekannte Druck- und Strichcodierungsverfahren
verwendet werden, um für
Menschen und/oder Maschinen lesbare Daten zu liefern.
-
Im
Fall eines Bereitstellens von Ausbreitungsdaten in einer elektrisch
lesbaren Form kann eine kleine programmierbare Speichervorrichtung wie
z.B. das zuvor erwähnte
iButton verwendet werden, wobei die Ausbreitungsdaten in den Vorrichtungsspeicher
einprogrammiert werden. Es kann eine mit den Ausbreitungsdaten programmierte RFID-Kennung
verwendet werden. Es können
auch andere programmierbare Speichervorrichtungen verwendet werden.
Der programmierbare Speicher, der die Ausbreitungsdaten enthält, kann
in einen kleinen Netzwerkknoten in dem Kabel integriert werden,
so dass die Ausbreitungsdaten durch das Netzwerkelement, an dem
das Kabel befestigt ist, abgefragt werden können.
-
Obwohl
Identifizierungs- und/oder Ausbreitungsinformationen lediglich an
einem Ende des Kabels vorliegen müssen, können sie auch an beiden Enden
des Kabels vorliegen.
-
Gemäß dem Standard
IEEE-1588-2002 gibt das Präzisionszeitprotokoll
(PTP – Precision
Time Protocol) mehrere Annahmen an, die erfüllt werden müssen, um
eine optimale Taktsynchronisation zu erzielen, die umfassen, dass
eine Netzwerkverzögerung
zwischen einem Master und einem Slave in einem Teilnetz symmetrisch
sein muss (Absatz 6.1.3). Durch eine Verwendung der durch die Verwendung der
vorliegenden Erfindung erhaltenen Ausbreitungsdaten kann die durch
eine Verkabelung bewirkte Asymmetrie durch ein Lösen der durch den Standard gelehrten
Gleichungen korrigiert werden.
-
Obwohl
die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ausführlich
veranschaulicht wurden, sollte einleuchten, dass Modifikationen
und Anpassungen dieser Ausführungsbeispiele
von Fachleuten ersonnen werden können,
ohne dass sie von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er
in den folgenden Patentansprüchen
dargelegt ist, abweichen.