DE10249296A1

DE10249296A1 - Verfahren zur Synchronisation von Teilnehmern eines Netzwerkes

Info

Publication number: DE10249296A1
Application number: DE10249296A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heid; Andreas Kraut; Steffen Schwips
Original assignee: Jetter AG
Current assignee: Jetter AG
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-06
Also published as: DE10393539D2; US20050232384A1; WO2004038970A1; EP1554829A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Synchronisationsverfahren wird sichergestellt, dass alle für die Synchronisation wesentlichen Datenpakete verzögerungsfrei übermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation 1okaler Zeitgeber von Teilnehmern und/oder Prozessoren eines Netzwerkes, insbesondere eines segmentierten Netzwerkes und/oder Prozesssteuer-Netzwerkes, mit einem Zeitgeber eines im Netzwerk als Referenz vorgegebenen oder vorgebbaren Teilnehmers oder Servers, welcher regelmäßig und/oder stochastisch Referenzzeitsignale oder solche Signale umfassende Datenpakete absetzt, wobei im Netzwerk unvorhersehbar veränderliche Datenübertragungszeiten auftreten können, unter anderem verursacht durch wechselnde Belastung und/oder veränderte Struktur des Netzwerkes sowie seiner Teilnehmer, insbesondere an Netzknoten, und/oder wechselnde Signalwege.
Für eine störungsfreie Kooperation der Teilnehmer eines Netzwerkes ist es regelmäßig erforderlich oder zumindest vorteilhaft, wenn die Teilnehmer auf eine gemeinsame Systemzeit synchronisiert sind, d.h. für eine Teilnehmer eine einheitliche Uhrzeit „verabredet" ist. Nur auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Teilnehmer für andere Teilnehmer erforderliche Datenpakete oder Signale zu einem verabredeten Zeitpunkt oder innerhalb eines verabredeten Zeitintervalls zur Verfügung stellt.
Die grundsätzliche Schwierigkeit der Synchronisation eines Netzwerkes liegt darin, dass regelmäßig keine exklusiv für bestimmte Informationen reservierte Netzwerkebenen zwischen den Teilnehmern zur Verfügung stehen. Vielmehr werden die Signalwege zwischen den Teilnehmer grundsätzlich für Datenpakete mit beliebigem Informationsgehalt benutzt. Dies hat zur Folge, dass von einem Teilnehmer abgesetzte Datenpakete auf dem Weg zum adressierten Teilnehmer nach Wahrscheinlichkeit mehr oder weniger stark verzögert werden, d.h. die Datenübertragungszeiten zwischen zwei Teilnehmern lassen sich nicht reproduzierbar voraussagen. Dies kann beispielsweise darauf beruhen, dass Datenpakete an Netzknoten zwischengespeichert werden müssen, um eine kollisionsfreie Datenübertragung in den an diesen Netzknoten angeschlossenen Leitungswegen gewährleisten zu können. Falls in dem jeweiligen Netz oder Teilnetz eine kollisionsfreie Datenübertragung nicht gewährleistet ist, können Verzögerungen auch dadurch auftreten, dass miteinander kollidierende Datenpakete regelmäßig von den jeweils adressierten Teilnehmern nicht korrekt ausgewertet werden können und deshalb vom Absender-Teilnehmer erneut übermittelt werden müssen.
Unabhängig von der Ursache der möglichen Verzögerungen bei der Datenübermittlung kann allerdings nach Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass ein erheblicher Anteil übermittelter Daten auch bei größerer Netzbelastung den je weils adressierten Teilnehmer verzögerungsfrei erreicht. Bislang wurde allerdings keine Möglichkeit aufgezeigt, wie in einem Netzwerk mit unvorhersehbar veränderlichen Signallaufzeiten festgestellt werden könnte, ob ein Datenpaket zwischen zwei Teilnehmern verzögerungsfrei ausgetauscht wurde oder nicht.
Um gleichwohl eine Synchronisation hoher Genauigkeit durchführen zu können, wurde ein Konzept entwickelt, mit dem sich Signallaufzeiten zumindest abschätzen lassen.
Gemäß der WO 01/9550 A2 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Teilnehmer zu einem vom lokalen Zeitgeber des vorgenannten Teilnehmers ermittelten Zeitpunkt T₁ vom Referenzteilnehmer bzw. -server eine Referenzzeit anfordert. Das vom Teilnehmer für diesen Zweck abgesandte Datenpaket, welches eine Information. zu der Zeit T₁ enthält, wird vom Referenzteilnehmer bzw. -server zu einem von dessen Zeitgeber bestimmten Zeitpunkt T₂ empfangen. Zu einem vom Zeitgeber des Referenzteilnehmers bzw. -servers ermittelten Zeitpunkt T₃ sendet dann der Referenzteilnehmer bzw. -server an den vorgenannten Teilnehmer ein Datenpaket mit der Information, dass das zum Zeitpunkt T₁ abgesandte Datenpaket zum Zeitpunkt T₂ empfangen wurde. Außerdem enthält dieses Datenpaket die Absendezeit T₃. Dieses Datenpaket möge nun der vorgenannte Teilnehmer zu einem von seinem Zeitgeber festgestellten Zeitpunkt T₄ empfangen.
Damit kann der Teilnehmer die Laufzeit d für die Datenübermittlung vom Teilnehmer zum Referenzteilnehmer bzw. -server und vom Referenzteilnehmer bzw. -server zum Teilnehmer wie folgt abschätzen. d = (T4 – T1) – (T3 – T2).
Darüber hinaus kann die Zeitverschiebung t zwischen dem Zeitgeber des Teilnehmers und dem Zeitgeber des Referenzteilnehmers bzw. -servers wie folgt abgeschätzt werden: 2t = T2 – T1 + T3 – T4.
Im Ergebnis kann damit die Uhrzeit des Zeitgebers des Teilnehmers an die Uhrzeit des Zeitgebers des Referenzteilnehmers bzw. -servers angeblichen werden. Allerdings verbleibt nach Wahrscheinlichkeit eine gewisse Ungenauigkeit, weil nicht sichergestellt werden kann, dass die Signallaufzeiten auf dem Weg vom Teilnehmer zum Referenzteilnehmer bzw. -server einerseits und dem Weg vom Referenzteilnehmer bzw. -server zum Teilnehmer andererseits gleich groß sind.
Weitere Ursachen von Ungenauigkeiten kommen hinzu. Beispielsweise treten zusätzliche Ungenauigkeiten dann auf, wenn die Daten bezüglich der Zeitpunkte T₁ bis T₄ unterschiedliche Positionen innerhalb der diese Informationen umfassenden Datenpakete haben.
Um diese Ungenauigkeit kompensieren zu können, ist gemäß der WO 01/95562 A2 vorgesehen, Zeitinformationen jeweils an den Anfang eines Datenpaketes zu setzen und darüber hinaus Datenpakete mit Zeitinformationen erst nach Ablauf einer geringen Verzögerungszeit nach dem Start der Absendung eines vorangehenden Datenpaketes abzusenden. Damit lässt sich einerseits die Absendezeit des Datenpaketes mit Zeitinformation sehr genau vorausbestimmen, so dass die im Datenpaket enthaltene Zeitinformation, auch Zeitstempel genannt, sehr exakt mit der tatsächlichen Absendezeit, wie sie vom Zeitgeber des jeweils sendenden Teilnehmers ermittelt wird, übereinstimmt. Darüber hinaus werden Verzögerungen durch der jeweiligen Zeitinformation vorausgehende Teile des die Zeitinformation enthaltenden Datenpaketes vermieden.
Für eine weitere Verbesserung der Synchronisation wurde bereits vorgeschlagen, mehrfach wiederholt Daten zwischen einem Teilnehmer und dem Referenzteilnehmer bzw. -server auszutauschen, so dass entsprechend viele Werte für die Laufzeit d sowie die Uhrzeitdifferenz t zur Verfügung stehen. Berücksichtigt wird dann nur die Uhrzeitdifferenz t, die dem geringsten Wert der Signallaufzeit d zugeordnet ist.
Auf diese Weise lässt sich zwar die jeweils bestmögliche Synchronisation durchführen. Jedoch bleibt gleichwohl ungewiß, ob der erreichte Genauigkeitsgrad tatsächlich gut ist.
Schließlich ist es aus der Druckschrift IEE 47 (2002) Nr. 7, Seiten 52 ff. bekannt, Synchronisationen in Bussystemen mög lichst dann durchzuführen, wenn alle Busteilnehmer angeschlossen und ansprechbar sind. Vereinfacht ausgedrückt soll also der Bus für die jeweilige Synchronisierung freigeschaltet sein, um Signalverzögerungen zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein neues Synchronisationsverfahren zu schaffen, welches sich durch sehr hohe, praktisch beliebig steigerbare Genauigkeit auszeichnet und für praktisch beliebige Netzwerke, insbesondere auch Ethernet-Systeme, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei dem eingangs angegebenen Verfahren ein Teilnehmer seine lokale Zeitmessung nur dann an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers annähert bzw. angleicht, wenn die Differenz zwischen Referenzzeit und lokaler Zeit zum Zeitpunkt des Empfangs der Referenzzeit betragsmäßig geringer ist als ein vorgegebener kleiner Schwellwert und/oder ein Signalweg zwischen Teilnehmer und Referenzeinheit bzw. -server oder das Netzwerk für verzögerungsfreie Signalübermittlung freigehalten ist.
Die Erfindung nutzt einerseits die Tatsache, dass es regelmäßig, z.B. mit bekannten Synchronisationsverfahren, möglich ist, eine nur noch geringe restliche Synchronisationsfehler aufweisende Standard-Synchronisation zu erreichen.
Dies ist im wesentlichen gleichbedeutend damit, dass die dann noch verbleibenden Synchronisationsfehler, die sich in Restabweichungen der lokalen Zeit eines Teilnehmers von der Referenzzeit manifestieren, vergleichsweise gering sind.
Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass solche Restfehler nur dann korrigierbar sind, wenn Zeitzeichen (GONGSCHLAG-Signale) vom Referenzteilnehmer bzw. -server verzögerungsfrei oder zumindest ohne nennenswerte Verzögerung zu dem zu synchronisierenden Teilnehmer gelangen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Vorgabe eines Schwellwertes für den Betrag der Abweichung, bei dem die lokale Zeit eines Teilnehmers verändert werden darf, kann dann eine hinreichende Bedingung dafür vorgegeben werden, dass das GONGSCHLAG-Signal den jeweiligen Teilnehmer verzögerungsfrei erreicht haben muss und dieser Teilnehmer den jeweils vorhandenen restlichen Synchronisationsfehler korrekt ausgleichen kann.
Im Übrigen nutzt die Erfindung die Tatsache, dass auch in stark belasteten Netzwerken Datenpakete verzögerungsfrei zwischen den Teilnehmern ausgetauscht werden können. Auch bei einem in Hinblick auf eine extreme Synchronisationsqualität gering bemessenen Schwellwert besteht eine große Wahrscheinlichkeit dafür, dass jeder Teilnehmer häufig GONG-SCHLAG-Signale erhalten kann, bei denen die Referenzzeit nahe bei der lokalen Zeit liegt, so dass diese Signale in erfindungsgemäßer Weise zur Synchronisation des lokalen Zeitgebers benutzt werden können.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, einen Signalweg zwischen einem zu synchronisierenden Teilnehmer und dem Referenzteilnehmer bzw. -server für verzögerungsfreie Signalübermittlung freizuhalten, um größere Synchronisationsfehler korrigieren zu können bzw. die vorgenannten Synchronisationsmaßnahmen zu beschleunigen. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, Signalwege bzw. vorzugsweise das gesamte Netzwerk in einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren zeitlichen Zyklus für verzögerungsfreie Signalübermittlung freizuhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, jeweils nur einen Bruchteil der zwischen Referenzzeit und Lokalzeit auftretenden Differenz bei der Veränderung der lokalen Zeitmessung zu berücksichtigen, wobei dieser Bruchteil umso größer sein sollte, je kleiner die Differenz zwischen Lokal- und Referenzzeit ist.
Bei dieser Vorgehensweise kann der oben angegebene Schwellwert vergleichsweise groß bemessen sein, so dass bei der Synchronisation eines Teilnehmers auch solche GONGSCHLAG-Signale berücksichtigt werden können, die auf dem Weg vom Referenzteilnehmer bzw. -server zum zu synchronisierenden Teilnehmer eine „maßvolle" Verzögerung erlitten haben. Da solche Verzögerungen nur mit begrenzter Häufigkeit auftreten und im Ergebnis nur zu einem Bruchteil in die jeweilige Korrektur des lokalen Zeitgebers eingehen, wird nach Wahrscheinlichkeit eine zügige Annäherung der Lokalzeit an die Referenzzeit gewährleistet.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweils zu synchronisierende Teilnehmer den Empfang des GONGSCHLAG-Signales an den Referenzteilnehmer bzw. -server zurückmeldet. Damit kann die Zeitdauer zwischen Aussendung und Rückmeldung („Echo"-Signal) des GONGSCHLAG-Signales ermittelt werden, und der Teilnehmer darf nur dann die Lokalzeit an die Referenzzeit angleichen bzw. annähern, wenn die vorgenannte Zeitspanne einen vorgegebenen bzw. vorgebbaren Maximalwert unterschreitet.
Dieser Maximalwert kann unter Berücksichtigung der Reaktionszeit des Teilnehmers für die Durchführung der vorgenannten Rückmeldung so eng bemessen sein, dass bei Unterschreitung des Maximalwertes sowohl die Übermittlung des GONG-SCHLAG-Signales vom Referenzteilnehmer bzw. -server zum Teilnehmer als auch dessen Übermittlung des Echo-Signals an den Referenzteilnehmer bzw. -server verzögerungsfrei erfolgt sein müssen. Damit ist die Unterschreitung bzw. Einhaltung des vorgenannten Maximalwertes eine hinreichende Bedingung dafür, dass der zu synchronisierende Teilnehmer seinen Synchronisationsgrad tatsächlich verbessert, wenn er die Lokalzeit an die übermittelte Referenzzeit annähert.
Im Übrigen wird hinsichtlich vorteilhafter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden. Dabei ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die ausdrücklich beanspruchten oder beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr wird Schutz für alle neuen Einzelmerkmale bzw. Unterkombinationen der in der Beschreibung oder in den Ansprüchen explizit dargestellten Merkmalskombinationen beansprucht.
Es zeigt
1 in schematisierter Weise die Häufigkeitsdichte (D) für das Auftreten einer Verzögerung in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit (t), die ein Datenpaket auf dem Weg zwischen zwei Teilnehmern eines Netzwerkes erleidet,
2 ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Verfahren zur Synchronisation,
3 ein abgewandeltes und/oder zusätzlich durchgeführtes Synchronisationsverfahren gemäß der Erfindung und
4 eine Variante des Verfahrens der 3.
In einem nicht näher dargestellten Netzwerk möge ein Datenpaket von einem Teilnehmer zu einem anderen Teilnehmer übermittelt werden. Bei Übermittlung mit elektromagnetischen Signalen entspricht die Signalgeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit, d.h. bei einem räumlich begrenzten Netzwerk, etwa einem Prozesssteuer-Netzwerk, ist die Länge eines Signalweges im Vergleich zur Signalgeschwindigkeit extrem klein, so dass die Signalgeschwindigkeit nachfolgend näherungsweise als „unendlich" angenommen werden kann.
Gleichwohl wird das vorgenannte Datenpaket den Weg von einem Teilnehmer zum anderen Teilnehmer nach Wahrscheinlichkeit nicht verzögerungsfrei durchlaufen. Vielmehr wird nach Wahrscheinlichkeit eine Verzögerungszeit t auftreten, die unter anderem von der Belastung des Netzwerkes und der Anzahl der vom Datenpaket durchlaufenen Netzknoten abhängig ist.
In 1 ist nun die Wahrscheinlichkeitsdichte D für das Auftreten einer zeitlichen Verzögerung in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit t qualitativ dargestellt. Selbst bei relativ stark belasteten Netzwerken und großer Anzahl der Netzknoten auf dem Weg eines Datenpaketes zwischen zwei Teilnehmern hat die Wahrscheinlichkeitsdichte D ein großes Maß bzw. ein ausgeprägtes Maximum bei verschwindender Verzögerungszeit, d.h. bei t = 0.
Die die Wahrscheinlichkeitsdichte D wiedergebende Kurve hat eine derartige Form, dass das Integral der Wahrscheinlichkeitsdichte D über die Zeitspanne t = 0 bis t = ∞ den Wert „1" hat.
Die Wahrscheinlichkeit w(t₁) dafür, dass die tatsächlich auftretende Verzögerungszeit kleiner ist als t₁, ist
Selbst dann, wenn ein Prozessteuer-Netzwerk stark belastet ist, treten für kleine Verzögerungszeiten große Wahrscheinlichkeitswerte auf. Eine verzögerungsfreie Übertragung eines Datenpaketes ist also ein vergleichsweise häufiges Ereignis.
Hiervon macht die Erfindung bei der Synchronisation des (nicht dargestellten) lokalen Zeitgebers eines Teilnehmers mit dem Referenz-Zeitgeber eines Referenzteilnehmers bzw. -servers Gebrauch.
In 2 ist ein Referenzserver 1 schematisch dargestellt, welcher unter anderem die Aufgabe hat, einen ebenfalls nur schematisch dargestellten Teilnehmer 2 bzw. dessen lokalen Zeitgeber (nicht dargestellt) mit dem (nicht dargestellten) Referenz-Zeitgeber des Servers 1 zu synchronisieren. Es sei nun davon ausgegangen, dass bereits eine relativ gute Synchronisation erreicht wurde. Dementsprechend stimmt die Lokalzeit TL des Teilnehmer 2 bis auf eine maximale Abweichung 6 mit der Referenzzeit TR des Referenzservers 1 überein, d.h. TR ± δ = TL.
Nun gibt der Server 1 in regelmäßigen Abständen bzw. zu einem Referenz-Zeitpunkt TR₁ zum Zwecke der Synchronisierung von Teilnehmern, hier des Teilnehmers 2, ein GONGSCHLAG- Signal und unmittelbar nachfolgend oder etwas später ein Datenpaket mit der vorgenannten Zeit TR₁ in das Netz. Das GONGSCHLAG-Signal trifft beim Teilnehmer 2 zum Zeitpunkt TL₁ ein, welcher vom lokalen Zeitgeber des Teilnehmers 2 ermittelt wird. Aus dem nachfolgenden Datenpaket mit der Zeit TR₁ „erkennt" der Teilnehmer 2 den Absendezeitpunkt des GONG-SCHLAG-Signales.
Falls nun die Übermittlung des GONGSCHLAG-Signales zum Teilnehmer 2 praktisch verzögerungsfrei erfolgt ist, muss für einen kleinen Schwellwert gelten: –ε < TR1 – TL1 < + ε.
Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird die Geschwindigkeit des lokalen Zeitgebers des Teilnehmers 2 um ein von der Differenz zwischen TR₁ und TL₁ abhängiges Maß korrigiert. Falls die vorgenannte Bedingung nicht erfüllt ist, erfolgt keine Korrektur des lokalen Zeitgebers.
Es wird also die Tatsache ausgenutzt, dass bei hinreichend kleinem Wert von ε mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine verzögerungsfreie Übertragung des jeweiligen GONGSCHLAG-Signales gegeben ist und der zu synchronisierende Teilnehmer 2 dementsprechend die übermittelte Referenzzeit „glauben" und eine entsprechende Korrektur des lokalen Zeitgebers durchführen darf. Sobald die Differenz zwischen Referenz-und Lokalzeit größer ist als der Wert von ε war die Übertra gung des GONGSCHLAG-Signales nicht verzögerungsfrei. In diesem Falle darf also der Teilnehmer 2 die Referenzzeit nicht glauben und dementsprechend auch keine Korrektur des lokalen Zeitgebers vornehmen.
Aufgrund der oben dargestellten Tatsache, dass verzögerungsfreie Datenübermittlungen relativ häufig auftreten, kann der Teilnehmer 2 entsprechend häufig seinen lokalen Zeitgeber an den Referenzzeitgeber angleichen. Da Zeitgeber üblicherweise quarzgesteuert sind und ohnehin eine hohe Genauigkeit aufweisen, kann die Lokalzeit des Teilnehmer 2 bis zur nächsten Synchronisations-Korrektur nur eine ganz geringe Verschiebung gegenüber der Referenzzeit erleiden. Im Ergebnis lässt sich also ein äußerst hoher Synchronisationsgrad einstellen.
Es sei hervorgehoben, dass für die erfindungsgemäßen Synchronisationsmaßnehmen nur das jeweilige GONGSCHLAG-Signal „verzögerungsfrei" übermittelt werden muss. Dagegen darf das zugehörige Datenpatekt mit der Referenzzeit TR₁ bei seiner Übermittlung verzögert werden.
3 zeigt nun ein Synchronisationsverfahren, bei dem vom Referenz-Server 1 geprüft wird, ob ein zum Zwecke der Synchronisation an einen Teilnehmer 2 zu einem Zeitpunkt TR1 übermitteltes GONGSCHLAG-Signal verzögerungsfrei übermittelt wurde, d.h. der Server 1 überprüft, ob der Signalweg zwischen Server 1 und Teilnehmer 2 für verzögerungsfreie Signal- bzw. Datenübermittlung freigehalten wurde.
Gemäß 3 sendet der Server 1 zu einem von seinem Zeitgeber ermittelten Zeitpunkt TR₁ das GONGSCHLAG-Signal sowie nachfolgend ein Datenpaket mit der Referenzzeit TR₁ ab. Der Teilnehmer 2 erhält das GONGSCHLAG-Signal zur Lokalzeit TL₁ und speichert bei Erhalt des entsprechenden Datenpaketes die Referenzzeit TR₁. Außerdem sendet er zu einem vom lokalen Zeitgeber erfaßten Zeitpunkt TL₂ ein „Echo" des GONGSCHLAG-Signales sowie nachfolgend ein Datenpaket mit den Zeitpunkten TL₁ und TL₂ an den Server 1.
Das vorgenannte Echo trifft beim Server 1 zu einem Zeitpunkt TR₂ ein. Damit kann der Server 1 die Gesamtlaufzeit S der vorgenannten Datenpakete zwischen Server 1 und Teilnehmer 2 sowie zwischen Teilnehmer 2 und Server 1 wie folgt ermitteln: S = TR2 – TR1 – (TL2 – TL1)
Den Wert S vergleicht der Server 1 mit einem vorgegebenen Schwellwert ε, welcher so gering bemessen ist, dass sowohl das GONGSCHLAG-Signal als auch das Echo verzögerungsfrei übermittelt worden sein müssen, wenn ε < S < + ε gilt.
Falls diese Bedingung erfüllt ist, sendet der Server 1 an den Teilnehmer 2 den Befehl, den lokalen Zeitgeber an den Referenzzeitgeber anzupassen, d.h. die Geschwindigkeit des lokalen Zeitgebers gemäß der Differenz TR₁ – TL₁ zu korrigieren.
Falls die vorgenannte Bedingung nicht erfüllt ist, erhält der Teilnehmer 2 den Befehl, den lokalen Zeitgeber unverändert zu belassen.
Aufgrund der relativ hohen Wahrscheinlichkeit dafür, dass Datenpakete zwischen zwei Teilnehmern verzögerungsfrei übermittelt werden, kann die vorgenannte Synchronisation hinreichend häufig erfolgen, um die Lokalzeit TL in enger Übereinstimmung mit der Referenzzeit TR zu halten.
Hier sei angemerkt, dass der vom Server 1 abgesendete Befehl, den lokalen Zeitgeber an den Referenzzeitgeber anzupassen, auch mit größerer Verzögerung übermittelt werden darf, ohne Ungenauigkeiten bei der Synchronisation zu verursachen. Im Übrigen ist dieses Synchronisationsverfahren auch dann sehr genau, wenn die Lokalzeit TL relativ stark von der Referenzzeit TR abweicht. Denn diese Abweichung hat auf die Bestimmung von S praktisch keinen Einfluss, weil hierfür nur die Differenz zwischen TL₁ und TL_Z benötigt wird.
Aus 4 ist ersichtlich, dass in 3 serverseitig erfolgende Abschätzungen und Operationen auch beim Teilnehmer 2 erfolgen können.
Die Veränderung der Geschwindigkeit des lokalen Zeitgebvers kann im Falle eines Zeitgebers mit quarzgesteuertem Taktgeber einerseits durch Veränderung der Frequenz des Taktgebers erfolgen. Statt dessen ist es auch möglich, die Geschwindigkeit durch soft-ware-Maßnahmen zu verändern, z.B. dadurch, dass einer vorzugebenden oder vorgegebenen Zeiteinheit eine veränderte Anzahl von Taktgeberimpulsen zugeordnet wird.

Claims

Verfahren zur Synchronisation lokaler Zeitgeber von Teilnehmern (2) und/oder Prozessoren eines Netzwerkes, insbesondere eines segmentierten Netzwerkes oder Prozesssteuer-Netzwerkes, mit einem Zeitgeber eines im Netzwerk als Referenz vorgegebenen oder vorgebbaren Teilnehmers oder Servers (1), welcher regelmäßig und/oder stochastisch Referenzzeitsignale (TR₁) oder solche Signale umfassende Datenpakete absetzt, wobei im Netzwerk unvorhersehbar veränderliche Datenübertragungszeiten auftreten können, unter anderem verusacht durch wechselnde Belastung und/oder veränderte Struktur des Netzwerkes sowie seiner Teilnehmer, insbesondere an Netzknoten, und/oder wechselnde Signalwege, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilnehmer (2) seine lokale Zeitmessung nur dann an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers (1) annähert bzw. angleicht, wenn die Differenz zwischen Referenzzeit (TR) und Lokalzeit (TL) zum Zeitpunkt des Empfangs des Referenzzeitsignales betragsmäßig geringer als ein vorgegebener bzw. vorgebbarer Schwellwert (ε) ist und/oder ein Signalweg zwischen Teilnehmer (2) und Referenzteilnehmer bzw. -server (1) oder das Netzwerk für verzögerungsfreie Datenübermittlung freigehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzteilnehmer bzw. -server (1) zu einem Referenzzeitpunkt (TR₁) ein Zeitsignal (GONGSCHLAG-Signal) und nachfolgend ein Datenpaket, welches den vorgenannten Zeitpunkt (TR₁) umfasst, an einen Teilnehmer (2) bzw. die Teilnehmer sendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung bzw. Angleichung der lokalen Zeitmessung des Teilnehmers (2) an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers (1) durch Veränderung der Geschwindigkeit des lokalen Zeitmessers des Teilnehmer (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Zeitmesser einen quarzgesteuerten Taktgeber mit steuerbarer Taktfrequenz aufweist, die zur Annäherung bzw. Angleichung der lokalen Zeitmessung an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers (1) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Zeitmesser einen quarzgesteuerten Taktgeber aufweist und zur Annäherung bzw. Angleichung der lokalen Zeitmessung an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers (1) einer vorzugebenden oder vorgegebenen Zeitein heit eine veränderte Anzahl von Taktgeberimpulsen zugeordnet wird.
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass der Referenzteilnehmer bzw. -server (1) zu einem ersten Zeitpunkt (TR₁) an einen Teilnehmer (2) ein Zeitsignal (GONGSCHLAG-Signal) und nachfolgend ein Datenpaket mit der Referenzzeit (TR₁) absendet, – dass der Teilnehmer den Lokalzeitpunkt (TL₁) des Empfangs des GONGSCHLAG-Signals erfaßt und zu einem späteren Lokalzeitpunkt (TL₂) ein Echo des GONGSCHLAG-Signals an den Referenzteilnehmer bzw. -server sendet, – dass der Referenzteilnehmer bzw. -server (1) den Zeitpunkt (TR₂) des Empfangs des Echos erfaßt, – dass die Summe der Differenz zwischen dem erstgenannten Lokalzeitpunkt (TL₁) sowie dem erstgenannten Referenzzeitpunkt (TR₁) und der Differenz zwischen dem letzteren Referenzzeitpunkt (TR_Z) sowie dem späteren Lokalzeitpunkt (TL₂) ermittelt wird, – dass überprüft wird, ob diese Summe betragsmäßig unterhalb eines kleinen Schwellwertes (ε) liegt, und – dass nur bei Erfüllung dieser Bedingung die lokale Zeitmessung des Teilnehmer (2) an die Zeitmessung des Referenzteilnehmers bzw. -servers angenähert bzw. angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Teilnehmer ein Fehlersignal („Zeitfehler") abgeben, wenn innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls oder nach einer vorgebbaren Anzahl von Synchronisierungsversuchen keine Synchronisation erfolgt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilnehmer für synchronisationsabhängige Funktionen nur nach erfolgter Synchronisation in einen arbeitsgereiten Zustand übergeht oder Arbeitsbereitschaft meldet.