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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vermittlungssystem, in
dem mehrere Computer jeweils mit Zeitgebern ausgestattet sind, die
zur Zeiterfassung von Verbindungen eingesetzt werden. Die Zeitgeber
haben dabei freilaufende, also insbesondere untereinander unabhängige Taktgeber.
Die Erfindung bezieht sich darüber
hinaus auf ein Verfahren zur Synchronisation dieser Zeitgeber.
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In
Vermittlungssystemen, beispielsweise im Rahmen des öffentlichen
Fernsprechnetzes, ist eine genaue Erfassung der Verbindungsdauer
im Hinblick auf eine präzise
Gebührenberechnung
erforderlich. Auch die genaue Erfassung des Anfangszeitpunktes und
unter Umständen
auch des Endzeitpunktes einer Verbindung sind hierfür nötig. Beispielsweise
ist es derzeit möglich,
dass sich Gesprächskosten
von zwei Verbindungen gleicher Dauer in zeitlich aneinander grenzenden
Tarifzeitzonen etwa um den Faktor 10 unterscheiden.
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Für die Berechnung
von Gebühren
für langdauernde
Verbindungen, beispielsweise für
Verbindungen die größenordnungsmäßig einen
halben Tag dauern, ist auch die Erfassung der "relativen" Zeit erforderlich, da die Gebührenberechnung üblicherweise
aus der Angabe des Anfangszeitpunktes einer Verbindung und der Zeitdauer
der Verbindung ermittelt wird.
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Derzeitige
Systeme für
die Steuerung der Vermittlung sind üblicherweise mittelbar oder
unmittelbar an eine Netz-Infrastruktur angeschlossen, die nach dem
Zeitmultiplexverfahren (englisch: Time Division Multiplexing, TDM)
arbeitet. Die Genauigkeit der dabei anfallenden Taktgebung ist sehr
groß.
Sie kann beispielsweise bei 8 Kilohertz oder 51,84 Megahertz liegen.
Dieser TDM-Takt wird üblicherweise
als Referenz für
die Synchronisation der in diesen Systemen benutzten Zeitgeber verwendet.
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In
bekannten Systemen, die keine Schnittstellen zu TDM-Systemen aufweisen,
werden üblicherweise
separate Leitungen für
die Verteilung eines Referenztakts verwendet.
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In
neuerer Zeit werden Computer mit Internetprotokoll-Technologie (IP-Technologie)
als Transport- und Steuerungsmedien für die Verbindungsvermittlung
eingesetzt. Diese Computer weisen Zeitgeber mit freilaufenden, voneinander
unabhängigen und
vergleichsweise ungenauen Taktsystemen auf. Durch den Einsatz dieser
Computer entfällt
die bisher verwendete Möglichkeit
der präzisen
Taktgebung durch die TDM-Netze.
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Die
Taktgeber die für
die Zeitgeber, also die "internen
Uhren" der Computer
verwendet werden, haben üblicherweise
eine Genauigkeit von ± 30
bis ± 100
ppm (beispielsweise CPU-Boards von PCs oder gemäß der CompactPCI-Spezifikation,
einer Spezifikation für
die Systemarchitektur und die Komponenten von PCs, die eine hohe
Verfügbarkeit
und den Modulaustausch im Betrieb ermöglicht).
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Bereits
eine Abweichung von 30 ppm führt
zu einer Ungenauigkeit von etwa 2,5 Sekunden pro Tag, bei 100 ppm
erreicht die Ungenauigkeit etwa 8 Sekunden pro Tag.
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Daher
ist in Abhängigkeit
der gewünschten Genauigkeit
eine in bestimmten Zeitintervallen zu wiederholende systemweite
Synchronisation der Zeitgeber nötig.
Hierfür
kann ein Softwareprotokoll verwendet werden. Dieses bekannte Verfahren
ist jedoch mit Unsicherheiten behaftet und garantiert nicht die
Genauigkeit bei der Zeiterfassung, die für eine präzise Gebührenabrechnung erwünscht wird.
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Aus
der
DE 3248276 C2 ist
ein Schnittstellensystem für
ein Fernmeldesystem bekannt, bei dem das Fernmeldesystem durch mehrere
Rechner gesteuert wird, wobei einer der Rechner als Basismodul bestimmt
ist. Von diesem Basismodul sind mehrere Leitungen für die Informationsübermittlung
und eine Zeittaktleitung zu einem nächsten Rechner und von diesem
werden die Leitungen für
die Informationsübermittlung
und die Zeittaktleitung jeweils zu weiteren Rechnern geführt. Für die Übermittlung
von Zeitinformationen gemäß einer
ersten Ausgestaltung wird von dem Basismodul eine Zeitbotschaft
an die weiteren Module übermittelt.
Das Auftreten dieser Zeitbotschaft wird durch die Zeittaktleitung
angezeigt. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann das Basismodul
in genauen Zeitabständen
das Zeittaktbit setzen. Dadurch können die anderen Basismodule ihre
interne Uhr nachstellen.
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Daher
besteht das Bedürfnis,
die Zeitgeber dieser Computer mehrmals täglich durch Synchronisation
aufeinander abzustimmen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Zeiterfassung
bei miteinander gekoppelten Computern mit freilaufenden Taktgebern,
wie beispielsweise in einem Vermittlungssystem, zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst. Die
abhängigen
Patentansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
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Gemäß der Erfindung
weist ein Vermittlungssystem mehrere Computer, beispielsweise in
Form von Single-Board Computern (SBCs) auf, die über ein Computernetzwerk verbunden
sind. Jeder der Computer hat dabei einen Zeitgeber, der einen freilaufenden
Taktgeber aufweist. Insbesondere sind die Taktgeber der verschiedenen
Computer voneinander unabhängig.
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Einer
der Computer weist einen Referenzzeitgeber auf und ist dafür ausgelegt,
in einem ersten Schritt über
das Computernetzwerk eine Nachricht mit einer Absolutzeitangabe
an wenigstens einen weiteren Computer zu senden.
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In
einem zweiten Schritt wird von dem erstgenannten Computer über das
Computernetzwerk ein Interrupt-Signal an den weiteren Computer gesendet.
Der weitere Computer ist dafür
ausgelegt, unmittelbar auf Empfang des Interrupt-Signals hin mittels
seines Prozessors einen Ablauf zu starten, mit dem die Synchronisation
seines Zeitgebers auf die vorab übermittelte
Absolutzeit gestartet wird.
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Die
Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einzusetzen, wenn die Computer
zur Steuerung von Verbindungsvermittlungen die nen und dazu ausgelegt
sind, dass ihre jeweiligen Zeitgeber für die Zeiterfassung von Verbindungen
eingesetzt werden.
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Allgemein
handelt es sich bei einem Interrupt um eine "Anforderung auf Beachtung", die vom Prozessor
abgegeben wird. Ein Interrupt bewirkt, dass der Prozessor die momentanen
Operationen suspendiert, den Bearbeitungszustand sichert und die
Steuerung an eine spezielle Routine, die Interrupt-Behandlungsroutine
(auch Interrupt-Handler genannt) überträgt. Diese Routine führt einen
Satz von Anweisungen aus, um geeignet auf den Interrupt zu reagieren.
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Interrupts
können
durch verschiedene Hardwaregeräte
generiert werden, um Dienste anzufordern oder Probleme aufzuzeichnen.
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Eine
Hierarchie von Interrupt-Prioritäten
bestimmt, welche Interrupt-Anforderung gegebenenfalls zuerst zu
behandeln ist.
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Gemäß der Erfindung
ist selbstverständlich zu
gewährleisten,
dass die Synchronisation ohne Zeitverzögerung unmittelbar nach Empfang
des Interrupt-Signals von dem Prozessor gestartet wird. Dementsprechend
ist die Priorität
des Interrupt-Signals,
das als "Zeitzeichen" dient, möglichst
hoch einzustellen.
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Die
Synchronisation des Zeitgebers kann dann beispielsweise im Rahmen
der Interrupt-Behandlungsroutine erfolgen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften sollen nunmehr anhand einer
detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und bezugnehmend
auf die Figuren der beigefügten
Zeichnungen erläutert
werden. Es zeigen:
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1 einen
Single-Board Computer (SBC) mit Interruptgesteuerter Zeitsynchronisation über Ethernet,
und
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2 eine
Soft-Switch Systemkonfiguration mit Zeitsynchronisation mittels
Ethernet-Pattern.
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In
einem Vermittlungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel
werden mehrere Computer in Form von Single-Board Computern (SBCs)
verwendet, die an ein gemeinsames lokales Netzwerk (englisch: Local
Area Network, LAN), beispielsweise unter Verwendung eines Ethernet-Switch
angeschlossen sind.
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Die
Computer arbeiten parallel und werden für die Gebührenbeziehungsweise Zeit-Erfassung der
jeweils von ihnen bearbeiteten Verbindungen eingesetzt.
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1 zeigt
schematisch die erfindungsrelevanten Teile eines solchen SBCs 1.
Sein Ethernetanschluss 2 steht mit dem Ethernet-Controller 3 in
Verbindung. Dieser kann beispielsweise in Form einer Ethernet-Karte
realisiert sein.
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Der
Prozessor 5 (CPU) ist mit einer Interrupt-Behandlungsroutine
in Form eines programmierbaren Interrupt-Controllers 4 (englisch:
Programmable Interrupt Controller, PIC) verbunden. Der PIC 4 ist
durch einen Chipsatz (englisch: Chip Set) realisiert und verfügt über Speicherplätze 6.
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Erfindungsgemäß verfügt der Ethernet-Controller 3 über eine
Pattern-Matching Einheit 7, mit der bestimmte Muster einer
Nachricht auf Übereinstimmung
mit vorgegebenen Mustern hin überprüft werden
können.
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Dieses
sogenannte Pattern-Matching, das auch im Zusammenhang mit "WakeOnLan" bekannt ist, bieten
viele Ethernet-Controller-Bausteine und -Karten, die als Standard-Hardware
verfügbar
sind.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist deshalb dadurch gegeben, dass eine solche
Standard-Hardware eingesetzt werden kann und kein spezielles Hardware-System
zum Einsatz kommen muss. Damit er möglicht die erfindungsgemäße Lösung eine
kostengünstige
Umsetzung.
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Mit
der Pattern-Matching Einheit 7 kann also ein über die
Ethernet-Leitung empfangener Datenstrom im Hinblick auf ein definiertes
Muster (englisch: Pattern) erkannt werden.
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Nach
dem Stand der Technik wird bei Erkennen einer Nachricht, die ein
entsprechendes Muster aufweist, ein weiteres Signal erzeugt, beispielsweise in
Form eines Power-Management-Event-Signals (PME#-Signal), das sozusagen
das Erkennen der Nachricht nach außen, an die Baustein- beziehungsweise
Kartengrenze weitersignalisiert. Dieses PME#-Signal ist üblicherweise
an eine Logik zur Steuerung der Spannungsversorgung eines Client-Systems,
zum Beispiel eines PCs angeschlossen. Dadurch kann ein Client-System
von einem entfernten Management-System,
beispielsweise zu Wartungszwecken ein- beziehungsweise ausgeschaltet
werden.
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In
dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird. das PME#-Signal
der Pattern-Matching Einheit 7 nicht an die Steuerung der Spannungsversorgung
angeschlossen, sondern an die Interrupt-Logik, also gemäß dem Ausführungsbeispiel
an den PIC 4 des SBCs 1 (beispielsweise durch
einen Anschluss an eine der Interrupt-Leitungen des PCI-Bus INTA#-D#).
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Sobald
der Ethernet-Controller 3 mittels des PICs 4 das
definierte Muster einer entsprechenden Nachricht erkennt, wird bei
dieser Anordnung also ein Interrupt ausgelöst. Bei dem Muster kann es
sich dabei um einen beliebigen Ethernet-Frame handeln, insbesondere
also auch um ein IP-Paket.
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Der
als Zeitzeichen dienende Interrupt ist erfindungsgemäß "hochprior", führt also
zu einer sofortigen Bearbeitung durch den Prozessor 5.
Der Prozessor 5 ist dazu ausgelegt, unmittelbar auf den
Interrupt hin, beispielsweise in der Interrupt-Behandlungsroutine,
hier also mittels des PICs 4 die – erfindungsgemäß vorab
mitgeteilte – absolute
Zeit in dem SBC-internen
Zeitgeber einzustellen.
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Somit
wirkt – bildlich
formuliert – das
als Zeitzeichen erkannte Ethernet-Pattern (Ethernet-Frame oder IP-Paket)
als "Gong" für die Ansage "beim nächsten Zeitzeichen
ist es...".
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2 zeigt
schematisch dem Ausführungsbeispiel
gemäß die sich
in einem Vermittlungssystem 20 befindenden SBCs 30, 40,
die mit einem Ethernet-Switch 70 in Verbindung stehen.
Jeder dieser SBCs 30, 40 dient dabei, wie oben
erwähnt
der Verbindungsvermittlung und verfügt über einen eigenen Zeitgeber
und einen unabhängigen,
freilaufenden Taktgeber. Die Zeitgeber werden für die Gesprächszeiterfassung verwendet.
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Nach
außen
ist das System 20 mit externen Einrichtungen oder auch
externen SBCs verbunden, wie in 2 durch
die Pfeile 80 angedeutet.
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Für eine präzise, einheitliche
Zeiterfassung sind also die Zeitgeber aller SBCs 30, 40 mit
einer genauen Uhrzeit zu versorgen und insbesondere zu synchronisieren.
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Ein
ausgewählter "Referenz-SBC" 40 verfügt erfindungsgemäß über einen
Anschluss an eine Referenzuhr 50. Dieser Anschluss kann
beispielsweise in Form einer V.24-Schnittstelle realisiert sein
(Norm der International Telecommunications Union, ITU). Bei der
Referenzuhr 50 kann es sich beispielsweise um eine Funkuhr
handeln, die mittels einer Antenne 60 DCF-77 (Funksignale,
die die offizielle Zeit der deutschen Atomuhr enthalten) empfängt.
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Der
Referenz-SBC 40 wird als Vermittler beziehungsweise Verteiler
der Referenzzeit im System 20 eingesetzt.
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Dazu
wird vom Referenz-SBC 40 periodisch, beispielsweise jede
Minute, zunächst
eine Nachricht an alle anderen SBCs 30 ge sendet, die angibt,
welche Uhrzeit beim nächstfolgenden "Zeitzeichen" in Form des nächstfolgenden
Innterrupt-Signals einzustellen ist.
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Im
folgenden Schritt wird dann vom Refernz-SBC 40 das entsprechende
Interrupt-Signal beispielsweise per Ethernet-Broadcast oder -Multicast an alle anderen
SBCs 30 im System 20 gesendet. Das eigentliche
Zeitzeichen hat also die Form eines vorab im System 20 definierten
Ethernet-Frames.
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Da
die Sendung des Interrupts erfindungsgemäß hochprior ist, werden die
Uhren der anderen SBCs 30 sofort und mit geringster Latenzzeit
gleichzeitig justiert, somit also synchronisiert. Das Zeitzeichen
kann beispielsweise ein priorisiertes Ethernet-Paket nach 802.1p
(Standard des "Institute
of Electrical and Electronics Egineers", IEEE für den Zugriff und die Steuerung
lokaler Netzwerke) sein, wodurch es an allen anderen Datenpaketen
im Ethernet-Switch "vorbeigeschleust" wird. Damit kann
die Latenzzeit und damit die Ungenauigkeit weiter gesenkt werden.
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Die
gewünschte
Genauigkeit der Obereinstimmung der Zeitgeber der SBCs kann durch
geeignete Wahl der zeitlichen Abstände, in denen das angegebene
Synchronisationsverfahren wiederholt wird, eingestellt werden.
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Die
Vorteile der Erfindung können
wie folgt zusammengefasst werden:
- – Die Zeitgeber
der Computer eines Vermittlungssystems können mit einer Genauigkeit
synchronisiert werden, die für
eine Zeiterfassung von Verbindungen erwünscht ist.
- – Bei
der Ausführung
der Erfindung wird ausschließlich
Standard-Hardware eingesetzt, wodurch der Aufwand und die Kosten
verglichen mit einem System, in dem spezielle Hardware zum Einsatz
kommen muss, erheblich reduziert sind.