DE10331060A1

DE10331060A1 - Anordnung und Verfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunkationskomponenten

Info

Publication number: DE10331060A1
Application number: DE2003131060
Authority: DE
Inventors: Stephan SCHÜLER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-10
Also published as: WO2005006620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten, bei dem in einem über ein paketorientiertes Netzwerk verbundenen, aus einer zentralen Einheit sowie mehreren dezentralen Einheiten bestehenden Kommunikationssystem eine in der zentralen Einheit vorgesehene Referenztaktquelle vorgesehen ist, die eine Sendeeinheit zur Übermittlung von ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpaketen an die dezentralen Einheiten steuert. In den dezentralen Einheiten werden diese ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete empfangen und aus diesen der Referenztakt zurückgewonnen, wobei in einer Auswerteeinrichtung eine Takt- und/oder Phasensynchronisation des Referenztakts mit einem intern erzeugten Taktsignal erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Synchronisierung von an ein paketorientiertes Kommunikationssystem angebundenen Kommunikationskomponenten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft im speziellen eine Synchronisation in einem zumindest in Teilbereichen als Funkteilnehmeranschlussnetz ausgebildeten Kommunikationssystem, das eine zentrale der Steuerung des Kommunikationssystems dienende Einheit, zumindest eine dezentrale konzentrierende Einheit, sowie eine Mehrzahl an diese dezentralen Einheiten angeschlossenen Basisstationen aufweist. Zwischen diesen Basisstationen sowie zwischen einer jeweiligen Basisstation und einem jeweiligen drahtlosen Kommunikationsendgerät findet eine Funkübertragung, d.h. eine bidirektionale drahtlose Übermittlung von Signalisierungs- und Nutzdaten statt.

Die zentrale der Steuerung des Kommunikationssystems dienende Einheit wird im folgenden als Kommunikationseinrichtung bezeichnet. Diese Kommunikationseinrichtung ist mit den dezentralen Einheiten – in der Fachwelt auch "Access Points" genannt – über ein paketorientiertes Netzwerk verbunden. Zwischen der Kommunikationseinrichtung und den dezentralen Einheiten findet ein Austausch von Signalisierungs- und Nutzdaten demzufolge in einem paketorientierten Format, beispielsweise unter Anwendung des auch als "Internet Protocol" – abkürzend auch "IP" – bezeichneten Kommunikationsprotokolls statt.

In modernen Kommunikationssystemen wird verstärkt dazu übergegangen, kontinuierliche Datenströme, z.B. zur Sprach- oder Videokommunikation sowie Daten zur Steuerung und Kontrolle von Kommunikationsverbindungen über paketorientierte Netzwerke zu übermitteln. Auf dieser Technik basiert beispielsweise die so genannte Internettelephonie, die häufig auch als "Voice over Internet Protocol" (VoIP) bezeichnet wird. Zu den paketorientierten Netzwerken zählen bekanntermaßen LANs (Local Area Network), MANs (Metropolitan Area Network), WANs (Wide Area Network) oder auch das so genannte Internet, das einen weltweiten Zugriff auf paketorientiert übertragene Daten ermöglicht.

Bei einem beispielsweise gemäß dem bekannten DECT-Standard (Digital European Cordless Telecommunication) ausgestalteten Funkteilnehmeranschlussnetz wird üblicherweise eine multizellulare Struktur angewandt. Dies bedeutet, dass jede der Basisstationen ein Zentrum einer eigenen Funkzelle bildet, wobei die Ausdehnung dieser Funkzellen und die räumliche Anordnung der Basisstationen so gewählt ist, dass ein Gesamtbereich zumindest nahezu lückenlos abgedeckt wird.

Wenn die einzelnen Basisstationen nicht synchron arbeiten, kommt es an den Grenzen der Funkzellen, an denen Überschneidungen unvermeidlich sind, zu Interferenzen mit der Folge, dass die spektrale Effizienz – d.h. die Möglichkeit der Mehrfachausnutzung ein und derselben Frequenz – für verschiedene Verbindungen reduziert wird. Es besteht also ein besonderes Interesse an einer Synchronisierung des Betriebs der Basisstationen.

Gemäß dem DECT-Standard ist ferner vorgesehen, dass durch die mit den Basisstationen in Funkverbindung stehenden drahtlosen Kommunikationsendgeräte während einer bestehenden Verbindung ständig die Qualität des benutzten Funkkanals und zusätzlich die Qualität aller anderen freien Funkkanäle überprüft werden. In Fällen, in denen einer der übrigen freien Kanäle eine bessere Qualität als der im Moment benutzte Kanal aufweist, wird unter Beteiligung der aktuellen Basisstation ein Kanalwechsel veranlasst, der für den Bediener des drahtlosen Kom munikationsendgeräts möglichst unbemerkt vonstatten gehen soll.

Ein solcher in der Fachwelt auch mit "Handover" bezeichneter Kanalwechsel kann auch in der Weise stattfinden, dass ein Kanalwechsel von einem Kanal der Funkzelle einer ersten Basisstation zu einem Kanal der Funkzelle einer benachbarten Basisstation stattfindet. Auch im Hinblick auf einen unterbrechungsfreien Übergang in diesem Fall muss vorausgesetzt werden, dass die Basisstationen zeitsynchron arbeiten.

Aus der Druckschrift EP 0755132 B1 ist ein Verfahren für einen Synchronbetrieb in einem Funkteilnehmeranschlussnetz bekannt, bei dem von Bezugssignalen Gebrauch gemacht wird, die durch Satelliten eines Funkortungssystems – im konkreten Fall des sogenannten GPS-Systems (Global Positioning System) – ausgestrahlt werden, indem in den dezentralen Einheiten entsprechende Empfänger angeordnet werden, die aus diesen Bezugssignalen Zeitsignale für die Zeitmultiplex-Funkrahmen der Basisstation ableiten und diese über eine jeweilige Schnittstelle an die Basisstationen senden.

Die Ausgestaltung jeder dezentralen Einheit mit einem Funkortungssystemempfänger ist eine kosten- und wartungsintensive Maßnahme.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel anzugeben, die eine effiziente Synchronisierung von an ein paketorientiertes Kommunikationssystem angebundenen Kommunikationskomponenten ermöglichen, wobei aufwändige, aus dem Stand der Technik bekannte Mittel vermeidbar werden.

Eine Lösung der Aufgabe erfolgt hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspekts durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich ihres Verfahrensaspekts durch eine Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.

Erfindungsgemäß ist in einem über ein paketorientiertes Netzwerk verbundenen, aus einer zentralen Einheit sowie mehreren dezentralen Einheiten bestehenden Kommunikationssystem eine in der zentralen Einheit vorgesehene Referenztaktquelle vorgesehen, die eine Sendeeinheit zur Übermittlung von ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete an die dezentralen Einheiten steuert. In den dezentralen Einheiten werden diese ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete empfangen und aus diesen der Referenztakt zurückgewonnen, wobei in einer Auswerteeinrichtung eine Synchronisation des Referenztakts mit einem intern erzeugten Taktsignal erfolgt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, mit den erfindungsgemäßen Mitteln weitere Vorrichtungen wie beispielsweise Satellitenempfänger zur Ermittlung eines synchronen Taktsignals entfallen können.

Vorteilig ist weiterhin, dass der Referenztakt durch die – ohnehin zur Steuerung des Kommunikationssystems vorgesehene – zentrale Einheit definiert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

1: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines;

2: ein Strukturbild zur schematischen Detaildarstellung von Funktionskomponenten einer Gatewayeinrichtung; und

3: ein chronologisches Ablaufbild zur schematischen Darstellung eines Synchronisationsnachrichtenaustauschs.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems CSY. Das Kommunikationssystem CSY beinhaltet eine Kommunikationseinrichtung PBX sowie eine erste und eine zweite abgesetzte bzw. dezentrale Einheit AP1, AP2, welche untereinander über ein paketorientiertes Netzwerk LAN verbunden sind.
Das paketorientierte Netzwerk LAN ist in fachüblicher Weise ausgestaltet und liegt beispielsweise in Form eines sogenannten "Local Area Network", "Metropolitan Area Network" oder auch in einem globaleren Umfang unter Einbeziehung des weltweiten Datennetzes "Internet" vor. Als Basisprotokoll zum Austausch von Datenpaketen kommt beispielsweise das "Internet Protocol", abkürzend IP, zum Einsatz. Im übrigen hängt die im folgenden zu beschreibende erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht von speziellen Netzwerkarchitekturen bzw. -protokollen ab.
Die Kommunikationseinrichtung PBX ist für den Austausch paketorientierter Signalisierungs- und Nutzdaten vorgesehen und ist beispielsweise gemäß einer in der Fachwelt auch als "IP Distributed Architecture" bezeichneten Architektur ausgestaltet. Neben einem paketorientierten Austausch kann alternativ ein Austausch klassischer, d.h. zeitschlitzorientierter Signalisierungs- und Nutzdaten mit entsprechend ausgestalten – nicht dargestellten – Kommunikationsendgeräten bzw. weiteren – nicht dargestellten – Kommunikationseinrichtungen vorgesehen sein.
Die genannte verteilte IP-Architektur gestattet eine Verteilung von Vermittlungssystemen, im Ausführungsbeispiel erfolgt diese Verteilung durch die abgesetzten Einheiten AP1, AP2. Diese werden in der Fachwelt auch mit "Access Points" bzw. "Shelves" bezeichnet und sind üblicherweise als dezentrale Vermittlungssysteme mit einem eigenen – nicht dargestellten – Koppelfeld ausgestattet.
Die zweite abgesetzte Einheit AP2 enthält im Ausführungsbeispiel im wesentlichen identische Funktionseinheiten der ersten abgesetzten Einheit AP1, weshalb in der Zeichnung wie in der Beschreibung des Ausführungsbeispiel eine detaillierte Darstellung dieser Funktionseinheiten lediglich für die erste abgesetzte Einheit AP1 erfolgt.
Die erste abgesetzte Einheit AP1 enthält eine erste und eine zweite Anschlussbaugruppe SLMC1; SLMC2 zum jeweiligen Anschluss mindestens einer Basisstation BS1; BS2 über eine Leitung L1; L2. Die zweite abgesetzte Einheit AP2 ist mit einer dritten und vierten Basisstation BS3, BS4 verbunden. Die Darstellung der Basisstationen BS1, BS2, BS3, BS4 in der Zeichnung zeigt die Möglichkeit eines mehrfachen Anschlusses von Basisstationen an eine einzelne Anschlussbaugruppe an. Die abgesetzten Einheiten AP1, AP2 sind über eine Gatewayeinrichtung GW mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden.
Ein drahtloses Kommunikationsendgerät MD unterhält einen – punktiert dargestellten – Kanal zur ersten Basisstation BS1. Ein derart ausgebildeter Kanal bzw. Verbindung oder "Connection" wird beispielsweise unter Verwendung des DECT-Protokolls realisiert.
Das Leistungsmerkmal "Handover" besteht darin, dass eine Sprach- bzw. Nutzdatenverbindung unterbrechungsfrei fortgeführt wird, wenn das mobile Endgerät MD während einer bestehenden Kommunikationsverbindung vom Funkbereich einer ersten Basisstation BS1 zum Funkbereich der zweiten Basisstation BS2 wechselt.
Im Zuge eines ersten Handovervorgangs HO-A wechselt das drahtlose Kommunikationsendgerät MD von der ersten Basissta tion BS1 auf die zweite Basisstation BS2. Da die zweite Basisstation BS2 wie die erste Basisstation BS1 mit der selben abgesetzten Einheit AP1 verbunden ist, wird diese Form des Handovervorgangs als knoteninterner Connection Handover HOV-A bezeichnet.
Ein zweiter Handovervorgang HO-B auf eine dritte Basisstation MS3, welche von einer von der ersten abgesetzten Einheit AP1 unterschiedlichen abgesetzten Einheit AP2 verwaltet wird, wird als knotenübergreifender Connection-Handover HO-B bezeichnet.
Eine weitere Funktion benötigt ebenfalls eine Synchronisation der beteiligten Basisstation, nämlich das sogenannte "Roaming". Das Leistungsmerkmal Roaming besteht darin, dass die aktuelle örtliche Zuordnung des mobilen Endgeräts MD, das vom Funkbereich der ersten Basisstation BS1 zu dem Funkbereich einer zweiten Basisstation BS2 wechselt, vom Kommunikationssystem CSY erfasst wird, wobei dieser Wechsel erfolgt, wenn keine Sprach- bzw. Nutzdatenverbindung besteht.
In der ersten abgesetzten Einheit AP1 ist ein Pufferspeicher JITBUF, in der Fachwelt auch "Jitter Buffer" genannt, angeordnet. Da Nutzdaten transportierende Datenpakete im Paketorientierten Netzwerk LAN prinzipiell unabhängig voneinander übertragen werden und gelegentlich sogar ein Verlust von Datenpaketen auftritt, treffen die Datenpakete in der Regel nicht in isochronen Zeitabständen am Austrittspunkt ein. Zum Ausgleich solcher Laufzeitschwankungen werden die Datenpakete vor dem Zusammensetzen des Datenstroms der Nutzinformation im nach dem Durchlaufprinzip arbeitenden Pufferspeicher JITBUF zwischengespeichert, aus dem die Datenpakete in konstanten Zeitabständen ausgelesen werden. Auf diese Weise kann aus den in unregelmäßigen Zeitabständen eintreffenden Datenpaketen wieder ein kontinuierlicher Datenstrom rekonstruiert werden.
Die in der abgesetzten Einheit AP1 angeordnete Gatewayeinrichtung GW besitzt neben ihrer eigentlichen Gateway-Funktionalität zum Anschluss an das paketorientierte Netzwerk LAN die Aufgabe einer Steuerung der abgesetzten Einheit AP1 und insbesondere einer Takterzeugung für den lokalen Knoten, d.h. einer Synchronisierung der abgesetzten Einheit AP1 und der daran angeschlossenen Basisstationen BS1, BS2. Zu diesem Zweck ist eine von der Gatewayeinrichtung GW gespeiste Taktsignalleitung CLK vorgesehen, die die Anschlussbaugruppen SLMCI, SLMC2 mit einem Taktsignal versorgt.
Die Gatewayeinrichtung GW sowie die Anschlussbaugruppen SLMC1, SLMC2 der abgesetzten Einheit AP1 sind weiterhin über eine Meldungsschnittstelle HDLC verbunden. Die Meldungsschnittstelle HDLC ist im Ausführungsbeispiel für den Austausch von HDLC-Meldungen (High Leve1 Data Link Control) vorgesehen, ist jedoch bezüglich der Struktur ausgetauschter Steuernachrichten und des verwendeten Protokolls nicht eingeschränkt.
In der folgenden Beschreibung wird nun detaillierter auf den Aufbau und die Funktionsweise der Gatewayeinrichtung GW eingegangen, soweit diese die erfindungsgemäße Synchronisation betreffen. Übrige Funktionen wie z.B. Verwaltungsfunktionen usw. werden als gegeben angesehen und nicht näher erläutert.
Das Taktsignal eines z.B. quarzgesteuerten Taktgenerators CG wird an einen Phasenregelkreis PLL übergeben, der anhand eines weiteren von einem Fernsprechnetz PSTN abgeleiteten Taktsignals einen Referenztakt erzeugt, der in die Taktsignalleitung CLK eingespeist wird.
Die Verbindung zum Fernsprechnetz PSTN ist optional und dient einer zusätzlichen Ausfallsicherung des nachfolgend zu beschreibenden Verfahrens zur Herstellung eines kommunikationssystemweit takt- und phasensynchronen Referenztaktsignals.
Das genannte von einem Fernsprechnetz PSTN abgeleitete Taktsignal wird beispielsweise von über eine S_o-Schnittstelle in einem ISDN-Kommunikationsnetzwerk (Integrated Services Digital Network) bezogen. Im ISDN ist ein konstanter Bittakt vorgesehen, mittels derer eine Taktsynchronisation zwischen zwei Endpunkten durchgeführt werden kann.
Das vom Phasenregelkreis PLL ausgegebene Taktsignal wird weiterhin auch einer Messschaltung MS zugeführt, die wie die Anschlussbaugruppen SLMC1, SLMC2 eine bidirektionale Kommunikation über eine Meldungsschnittstelle HDLC unterhalten.
Die Messschaltung MS ist mit einer Referenzsignalbaugruppe REF verbundenen welche über eine – nicht dargestellte – Netzwerkbaugruppe der Gatewayeinrichtung GW mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden ist.
In 2 wird unter weiterer Bezugnahme auf die Funktionseinheiten der 1 die Funktionsweise der Messschaltung MS sowie der Referenzsignalbaugruppe REF näher erläutert.
Die Referenzsignalbaugruppe REF ist über eine – nicht dargestellte – Netzwerkbaugruppe des Gateway GW und über eine Takterzeugungseinheit CLG mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden. Die Takterzeugungseinheit CLG nimmt von der Kommunikationseinrichtung PBX in synchronen Zeitabständen gesendete Datenpakete mit einem definierten Zeitstempel entgegen.
Es handelt sich also um ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete, welche von einer in der Kommunikationseinrichtung angeordneten – nicht dargestellten – Sendeeinheit in synchronen Zeitabständen über das paketorientierte Netzwerk LAN an die abgesetzten Einheiten AP1, AP2 gesendet werden. Zur Bestimmung der synchronen Zeitabständen verfügt die Kommunikationseinrichtung PBX über eine – nicht dargestellte – Referenztaktquelle.
Der genannte Zeitstempel entspricht einer Kennzeichnung des Datenpakets, welcher den Beginn eines Synchronisationszyklus an die abgesetzten Einheiten AP1, AP2 meldet. Der Zeitstempel ist vorzugsweise in einer niedrigen Schicht – bzw. "Layer" – des Netzwerkprotokolls implementiert, um eine deterministische Entnahme des Synchronisationszyklusstartzeitpunktes durch die Takterzeugungseinheit GLG zu gewährleisten. Die Takterzeugungseinheit CLG ist vorzugsweise "hardwarenah" ausgeführt, d.h. ohne einen aufwändigen Protokollstack, welcher eine Verzögerung der Bestimmung eines Synchronisationszyklusstartzeitpunktes nach sich ziehen würde. Diese Hardwarenähe in Verbindung mit der Lokalisierung des Zeitstempels in einer niedrigen Ebene – vorzugsweise in Ebene 1 bzw. in der Ethernetschicht – im Netzwerkprotokoll gewährleistet eine nahezu verzögerungsfreie Echtzeitauswertung eintreffender, mit einem Zeitstempel versehener Datenpakete.
Als Protokoll für eine Implementierung von für eine paketorientierte Übermittlung vorgesehene Zeitstempel wird der IEEE-Standard (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) IEEE1588, "Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems" abkürzend auch PTP beziehungsweise "Precision Time Protocol" genannt, eingesetzt, mit dem eine sub-mikrosekundengenaue Synchronisation bei Verwendung des Netzwerk-Standards TCP/IP durchführbar ist. Der genannte Standard definiert eine Methode und ein Verfahren, um räumlich verteilte Echtzeituhren zu synchronisieren, die über ein paketvermittelndes Netzwerk miteinander verbunden sind. Die Bestimmung des Clock-Masters wird nach dem "Best-Master-Clock" (BMC) ausgehandelt. Es lassen sich während der Laufzeit Uhren zuschalten oder entfernen (hot-plugging).
3 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines chronologischesn Ablauf einer Synchronisation mit einem Austausch von Synchronisationssteuernachrichten.
Zeitstrahlen 1, 2 sind in dieser Reihenfolge der Kommunikationseinrichtung PBX sowie der Takterzeugungseinheit CLG zugeordnet. Die Zeitstrahlen 1, 2 verlaufen von oben nach unten, so dass spätere Zeitpunkte weiter unten liegen als frühere Zeitpunkte.
Zum Zeitpunkt t0 sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine Synchronisationsnachricht SYNCMSG an die Takterzeugungseinheit CLG. Die Synchronisationsnachricht SYNCMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "SyncMessage" benannt. Mit dem Zeitpunkt des Absendens t0 bestimmt die als sogenannte "Master Clock" agierende Kommunikationseinrichtung PBX die aktuelle lokale Systemzeit als Sendezeit t0 und speichert den zugehörigen Wert.
Zu einem auf den Zeitpunkt t0 folgenden Zeitpunkt t0' trifft die Synchronisationsnachricht SYNCMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein, welche die präzise Empfangszeit t0' registriert und der Wert speichert. Die Takterzeugungseinheit agiert als sogenannte "Slave Clock", mithin als von der "Master Clock" gesteuerte Uhr.
Zu einem Zeitpunkt t1 sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG an die Takterzeugungseinheit CLG. Die nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "FollowUpMessage" benannt. In einem Wertefeld – dem Zeitstempel – der nachfolgenden Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG ist die gespeicherte Sendezeit t0 der vorausgehenden Synchronisationsnachricht SYNCMSG enthalten.
Zu einem auf den Zeitpunkt t1 folgenden Zeitpunkt t1' trifft die nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein. Die in einem Wertefeld – dem Zeitstempel – der nachfolgenden Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG enthaltene Sendezeit t0 der vorausgehenden Synchronisationsnachricht SYNCMSG wird ausgelesen und ebenfalls von der Takterzeugungseinrichtung gespeichert.
Der Zeitunterschied zwischen der. übermittelten Sendezeit t0 und der Empfangszeit t0' wird in der Takterzeugungseinheit CLG als sogenannter "Offset" berechnet und der Wert dieses Offsets gespeichert.
Zu einem Zeitpunkt t2 sendet die Takterzeugungseinheit CLG eine Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG an die Kommunikationseinrichtung PBX. Diese Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "DelayRegMessage" benannt. Mit dem Zeitpunkt des Absendens t2 bestimmt die Takterzeugungseinheit CLG die präzise Sendezeit t2 und speichert den zugehörigen Wert.
Zu einem auf den Zeitpunkt t2 folgenden Zeitpunkt t2' trifft die Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG an der Kommunikationseinrichtung PBX ein, welche die präzise Empfangszeit t2' registriert und der Wert speichert.
Zu einem Zeitpunkt t3 sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG an die Takterzeugungseinheit CLG. Die Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "DelayRspMessage" benannt. In einem Wertefeld – dem Zeitstempel – der nachfolgenden Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG ist die gespeicherte Empfangszeit t2' der vorausgehenden Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG enthalten.
Zu einem auf den Zeitpunkt t3 folgenden Zeitpunkt t3' trifft die Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein. Die in einem Wertefeld – dem Zeitstempel – der Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG enthaltene Empfangszeit t2' der vorausgehenden Verzögerungsanforderungs nachricht DELREQMSG wird ausgelesen und ebenfalls von der Takterzeugungseinrichtung gespeichert.
Der Zeitunterschied zwischen der übermittelten Empfangszeit t2' und der Empfangszeit t3' an der Takterzeugungseinheit CLG wird in der Takterzeugungseinheit CLG als sogenannter "Delay" berechnet und der Wert dieses Delays gespeichert.
Die Synchronisation ist nun auf Basis weiterer – nicht dargestellter – Synchronisationsnachrichten in Kenntnis der Delay- bzw. Offset-Werte durchführbar.
Die Synchronisationsnachrichten werden hierfür in einem – nicht dargestellten – Ethernet-Treiber der Takterzeugungseinheit CLG ausgelesen und der Zeitstempel wird durch Verändern der Meldung eingetragen. Diese Bearbeitungsschritte erfolgen direkt in der Interruptroutine der Takterzeugungseinheit, um den genannten aufwändigen Protokollstack mit einer resultierenden Zeitverzögerung zu vermeiden. Die Bearbeitung der Synchronisationsnachrichten erfolgt statt dessen über eine sogenannte Socket-Schnittstelle zum UDP/IP-Stack (User Datagram Protocol).
Aus den Zeitstempeln – in der Fachwelt auch "Timestamps" genannt – wird die Abweichung zwischen dem lokalen Zeitwert und dem als Wert empfangenen Master-Zeitwert berechnet und als Regelgröße an die erste Steuereinheit CRT1 übergeben.
Die Beschreibung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 2 fortgeführt.
Die vorgenannten Synchronisationszyklusstartzeitpunkte werden an eine erste Zähleinrichtung CNT1 übergeben, welche die Synchronisationszyklusstartzeitpunkte in Form eines pulsförmigen Signals an die Messschaltung MS übergeben. In einer Rückkopplungsschleife wird das pulsförmige Signal der ersten Zähleinheit CNT1 auf eine erste Steuereinheit CRT1 und von dieser an die Takterzeugungseinheit CLG geführt, um eine konstante Pulsdauer des pulsförmigen Signals zu gewährleisten. Die Referenzsignalbaugruppe REF weist eine Algorithmuseinheit ALG auf, in der ein Algorithmus zur Bestimmung des "Mastertaktes", d.h. des von der Kommunikationseinrichtung PBX vorgegebenen Taktes, der über Zeitstempel den abgesetzten Einheiten AP1, AP2 übermittelt wird, implementiert ist.
Das pulsförmige Signal am Ausgang der ersten Zähleinheit weist beispielsweise – vgl. Zeichnung – eine Periodendauer von 12 Sekunden auf, wobei sich die ansteigende Flanke eines Pulses synchron mit dem Eintreffen eines Zeitstempels über das paketorientierte Netzwerk LAN deckt.
Die Messschaltung MS ist über einen Frequenzteiler DIV mit der Taktsignalleitung CLK verbunden. Das Signal der Taktsignalleitung CLK wird diesen Teiler DIV heruntergeteilt und einer zweiten Zähleinheit CNT2 auf deren "Clock"-Eingang CL zugeführt. Eine zweite Steuereinheit CRT2 tauscht Steuersignale mit dem "Reset"-Eingang RST bzw. mit dem "Delay"-Augang DLY der zweiten Zähleinheit CNT2 aus.
Das pulsförmige Signal der ersten Zähleinrichtung CNT1 wird einem "Start"-Eingang STR der zweiten Zähleinrichtung CNT2 zugeführt.
Das Signal der Taktsignalleitung CLK, auf dessen Basis eine Synchronisierung der gesamten abgesetzten Einheit AP1 sowie – über die Leitungen Ll, L2 – der ersten und zweiten Basisstation BS1, BS2 erreicht wird, weist im Ausführungsbeispiel – vgl. Zeichnung – eine Periodendauer von 2,4 Sekunden auf. Mit dieser beispielhaften Pulsdauer von 2,4 Sekunden weist das Signal der Taktsignalleitung also ein Fünftel der Periodendauer des pulsförmigen Signals der ersten Zähleinrichtung CNT1 auf.
Es wird betont, dass diese Dimensionierung der Pulsdauer beider Taktsignale exemplarisch ist, eine alternative Pulsdauer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also ohne weiteres möglich ist.
Der Frequenzteiler DIV ist auf einen Teilungsfaktor von fünf eingestellt. Die Signale am Clock-Eingang CL sowie am Start-Eingang STR der zweiten Zähleinrichtung CNT2 sind somit taktsynchron, decken sich aber nicht in ihrer Phase. Dieser Phasenunterschied Δp ist in der Zeichnung bei der Darstellung der zweiten Steuereinheit CRT2 versinnbildlicht.
Die zweite Steuereinheit CRT2 misst den Phasenunterschied Δp der beiden pulsförmigen Signale und leitet den Wert dieses Phasenunterschieds Δp an die Meldungsschnittstelle HDLC weiter. Mit Hilfe dieses Wertes Δp veranlassen die Anschlussbaugruppen SLMC1, SLMC2 oder alternativ die Basisstationen BS1, BS2; BS3, BS4 eine Phasennachstellung des von der in den jeweiligen abgesetzten Einheiten AP1, AP2 vorhandenen Taktsignalleitungen CLK entnommenen Taktsignals. Die Phasenlage des 2,4-Sekunden-Taktsignals zum von der Kommunikationseinrichtung PBX vorgegebenen Referenztakt mit einer Pulsdauer von 12 Sekunden ist dabei in jeder abgesetzten Einheit AP1, AP2 zunächst unterschiedlich.
Der Wert dieser Phasenlage – der Phasenunterschied ΔP – wird beispielsweise an die Basisstationen BS1, BS2, BS3, BS4 übermittelt und dort durch Verschiebung der DECT-Rahmenlage ausgeglichen.
Mit einem weiteren Bezug auf 1 ist damit also eine über das gesamte Kommunikationssystem CSY erreichte Phasen- und Taktsynchronizität eines gemeinsamen durch die Kommunikationseinrichtung generierten Referenztaktsignals erreicht, wobei für dieses Ziel auf Maßnahmen wie die Auswertung von Satellitensignalen vorteilhaft verzichtet werden kann.
Da das von der Kommunikationseinrichtung PBX erzeugte Referenztaktsignal für das gesamte Kommunikationssystem CSY gültig ist, kann auch für den Fall eines knotenübergreifenden Connection-Handover HO-B nunmehr ein gemeinsames, takt- und phasensynchrones Referenztaktsignal garantiert werden. Daraus lässt sich die erforderliche Bit-, Rahmen- und Multirahmensynchronisation der DECT-Luftschnittstellen an den jeweiligen Basisstationen BS1, BS2, BS3, BS4 kohärent und unabhängig voneinander ableiten.
Durch die Anwendung des kommunikationssystemweit phasen- und taktsynchronen Taktsignal CLK ergibt sich eine Lösung in der Funktion des in einem VoIP-System (Voice over IP) typischerweise eingesetzten Pufferspeichers JITBUF.
Gemäß des Standes der Technik liefen die Takte in den Taktsignalleitungen CLK der einzelnen abgesetzten Einheiten AP1, AP2 und der Kommunikationseinrichtung PBX nicht synchron zueinander. Durch eine Drift der Takte gegeneinander kam es zu Überläufen bzw. Leerlaufen der gepufferten Nutzdatensignale. Dies führte zu Störgeräuschen in der Sprachverbindung, wenn ein – z.B. eine Länge von 20 ms aufweisendes – Nutzdatensignalstück – bzw. "Sample" – eines verlorenen Datenpakets durch einen sogenannten Ruhecode, weißes Rauschen oder einer Wiederholung des aus dem zuletzt bezogenen Datenpaket entnommenen Nutzdatensignalstück ersetzt werden musste. Die Qualität der Sprachübertragung war gegenüber der zeitorientierten PCM-Übertragung merklich schlechter.
Im Falle eines Überlaufs der gepufferten Nutzdatensignalstücke, wurde ein Zeitbereich des Nutzdatensignals entfernt. Diese Maßnahme führte zum Wegfall ganzer Silben eines gesprochenen Wortes und damit zu einer starken Beeinträchtigung der Sprachqualität.
Mit der erreichten Phasen- und Taktsynchronizität wird ein Auseinanderdriften der Takte von über das paketorientierte Netzwerk angeschlossene Kommunikationskomponenten – wie die abgesetzten Einheiten AP1, AP2 sowie die Kommunikationseinrichtung PBX – verhindert, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme damit gelöst.
Durch die präzise Synchronisation ergibt sich ein weiterer Vorteil. Ein für Netzwerk-Analysezwecke – z.B. Netzwerklast-Messungen, Fehlersuche – im Kommunikationssystem CSY eingesetztes Verfahren zeichnet den Datenpaketverkehr mit zugehörigen Zeitstempeln auf. Um die in verschiedenen Knoten, d.h. Netzwerkkomponenten – wie z.B. der Kommunikationseinrichtung PBX – aufgezeichneten Daten – in der Fachwelt auch "Trace" genannt – für eine Auswertung – in der Fachwelt auch "Crossmonitoring" mit "Trace"- bzw. "Dump"-Funktionen genannt – miteinander vergleichen zu können, muss in jedem Knoten die gleiche Zeitbasis, mithin ein kommunikationssystemweit synchroner Zeitstempel verwendet werden. ein Trace-Verfahren wird in der deutschen Fachsprache mitunter auch als "Ablaufverfolgungsverfahren" bezeichnet. Das durch diese Erfindung beschriebene Verfahren stellt notwendige mikrosekundengenau synchrone Zeitinformationen zur Verfügung und ermöglicht damit erstmalig diese genauen Analysen.
Im folgenden wird eine weiteres erfindungsgemäßes Mittel zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten beschrieben, das die Verbindungsleitungen L1, L2 zwischen der abgesetzten Einheit AP1 und der verbundenen Basisstationen BS1, BS2 betrifft. Diese Mittel können auch bei einem – nicht dargestellten – Anschluss von Basisstationen direkt an die Kommunikationseinrichtung PBX angewandt werden.
Es ist bekannt, Basisstationen BSl, BS2; BS3, BS4, welche z.B. nach dem DECT-Standard arbeiten, über eine zeitschlitzorientierte Schnittstelle mit der abgesetzten Einheit AP1; AP2 zu verbinden. Eine zeitschlitzorientierte Schnittstelle ist arbeitet beispielsweise nach einem PCM-Verfahren (Pulse Code Modulation) wie z.B. die sogenannte U_pO/E-Schnittstellen. Über derartige Schnittstellen wird aus der Rahmenübertragung ein Synchronisationsimpuls erzeugt, welcher für das interne Connection-Handover HO-A notwendig ist. Dabei wird – gemäß den DECT-Spezifikationen – eine Zeitgenauigkeit von weniger als 4 μs benötigt.
Mit dem allgemeinen Entwicklungstrend, leitungsorientierte Verbindungen durch – an sich verbindungslos arbeitende – paketorientierte "Verbindungen" zu ersetzen, ist es wünschenswert, die Leitungen L1, L2 über das paketorientierte Netzwerk LAN zu führen. Eine derartige paketorientierte "Verbindung" muss jedoch aufgrund der fehlenden Möglichkeit, einen Synchronisationsimpuls aus zeitschlitzorientierten Rahmen zu erzeugen, mit einer zusätzlichen Leitung zur Übertragung dieser Synchronisationsimpulse ausgestattet werden, so dass der gewünschte Effekt eines Wegfalls von zu verlegenden Leitungen statt eines Anschlusses an das paketorientierte Netzwerk LAN nachteilig entfällt.
Mit den erfindungsgemäßen Mitteln einer Synchronisierung über einen Zeitstempel aufweisende Datenpakete wird dieser Nachteil gelöst. Der Austausch von Datenpaketen zwischen der abgesetzten Einheit AP1, AP2 mit der jeweiligen Basisstation BS1, BS2; BS3, BS4 erfolgt erfindungsgemäß über ein paketorientiertes Netzwerk übertragene Datenpakete mit einem Zeitstempel, wobei eine Gewinnung eines Synchronisationsimpulses analog zum oben genannten Verfahren erfolgt.
Im folgenden wird – ohne Bezug auf die Zeichnung – eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
In der vorigen Figurenbeschreibung wurde ein numerischer Wert für einen Phasenversatz zwischen dem lokalen Taktsignal und den über das paketorientierte Netzwerk bezogenen Referenztakt der Kommunikationseinrichtung über die HDLC-Meldungs schnittstelle ausgegeben und die Phasenkorrektur dem Empfänger dieser Phasenversatzinformation – vorzugsweise den Basisstationen – vorbehalten.
Alternativ hierzu wird die Korrektur des Phasenversatzes bereits im Gateway selbst vorgenommen, mit anderen Worten wird das lokale Taktsignal bereits dort phasensynchronisiert zum Referenztaktsignal der Kommunikationseinrichtung ausgegeben. Hierzu ist eine Phasenregelschleife im Gateway vorgesehen, in welche im Rückkopplungskreis das von den paketorientiert übertragenen Zeitstempel generierte pulsförmige Signal eingespeist wird, wobei die Phasenregelschleife die Frequenz und die Phase des Taktsignals regelt. Die so modifizierte Phasenregelschleife "rastet" bei Takt- und Phasensynchronizität des lokal erzeugten Taktsignals mit dem Referenztaktsignal ein. Das zum über das paketorientierte Netzwerk bezogenen Referenztakt der Kommunikationseinrichtung takt- und phasensynchrone Signal wird in die Taktsignalleitung CLK des Gateways eingespeist, eine HDLC-Meldung über einen Phasenversatz ist damit hinfällig.

Claims

Anordnung zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten in einem Kommunikationssystem (CSY), das aus einer bezüglich des Kommunikationssystems (CSY) zentralen Einheit (PBX; AP1) und zumindest einer bezüglich des Kommunikationssystems (CSY) dezentralen Einheit (AP1; BS1) besteht, wobei die zentrale Einheit (PBX; AP1) mit der dezentralen Einheit (AP1; BS1) über ein paketorientiertes Netzwerk (LAN) verbunden ist, gekennzeichnet durch, eine in der zentralen Einheit (PBX; AP1) vorgesehene Referenztaktquelle, eine von der Referenztaktquelle gesteuerte Sendeeinheit zur Übermittlung von ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete an die dezentrale Einheit (AP1; BS1), eine in der dezentralen Einheit (AP1, BS1) vorgesehene Empfängereinheit (REF) zum Empfang der ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete und zur Rückgewinnung des Referenztaktes aus den Datenpakete, eine in der dezentralen Einheit (AP1, BS1) angeordnete Auswerteeinrichtung (GW) zur Synchronisation des Referenztaktes mit einem intern erzeugten Taktsignal (CLK).
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit eine Kommunikationseinrichtung (PBX) und die mindestens eine dezentrale Einheit eine von der Kommunikationseinrichtung (PBX) gesteuerte abgesetzte Einheit (AP1) ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit eine von einer Kommunikationseinrichtung (PBX) gesteuerte abgesetzte Einheit (AP1) und die mindestens eine dezentrale Einheit eine Basisstation (BS1) ist, wobei zwischen der Basisstation (BS1) und einem mobilen Kommunikationsendgerät (MD) eine drahtlose Informationsübertragung stattfindet.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbehaltenen Datenpakete einen in einer niedrigen Netzwerkprotokollschicht implementierten Zeitstempel enthalten.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbehaltenen Datenpakete gemäß des IEEE1588-Protokolls strukturiert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine Messschaltung (MS), der das aus den vorbehaltenen Datenpaketen rückgewonnene Referenztaktsignal zur Erzeugung einer Information über einen Phasenunterschied zum intern erzeugten Taktsignal zugeführt wird.
Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, eine Steuereinheit (CRT2), die die Information über den Phasenunterschied auswertet und das Ergebnis dieser Auswertung an eine Meldungsschnittstelle (HDLC) übergibt.
Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch, eine Basisstation (BS1), welche die über die Meldungsschnittstelle über eine Anschlusseinheit (SLMC1) weitergegebene Information über den Phasenunterschied verarbeitet und abhängig von dieser Information die Phasenlage des intern erzeugten Taktsignals (CLK) korrigiert.
Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, eine Steuereinheit (CRT2), die die Information über den Phasenunterschied verarbeitet und abhängig von dieser Information die Phasenlage des intern erzeugten Taktsignals (CLK) korrigiert.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation eine Taktsynchronisation ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation eine Phasensynchronisation ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation eine Rahmensynchronisation ist.
Verfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten in einem Kommunikationssystem (CSY), mit einer bezüglich des Kommunikationssystems (CSY) zentralen Einheit (PBX; AP1) und zumindest einer bezüglich des Kommunikationssystems (CSY) dezentralen Einheit (AP1; BS1), wobei die zentrale Einheit (PBX; AP1) mit der dezentralen Einheit (AP1; BS1) über ein paketorientiertes Netzwerk (LAN) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zentralen Einheit (PBX; AP1) ein Referenztakt erzeugt wird, welcher in synchronen Zeitabständen eine Übersendung von ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete an die dezentrale Einheit (AP1; BS1) auslöst, dass die ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete in der dezentralen Einheit (AP1, BS1) empfangen und der Referenztaktes aus diesen Datenpakete rückgewonnen wird, dass der Referenztakt mit einem in der dezentralen Einheit (AP1, BS1) intern erzeugten Taktsignal (CLK) synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete gemäß des IEEE1588-Protokolls strukturiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenztakt mit dem intern erzeugten Taktsignal (CLK) taktsynchronisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenztakt mit dem intern erzeugten Taktsignal (CLK) phasensynchronisiert wird.
Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Ablaufverfolgungsverfahren zur Gewinnung eines zeitlichen Ablaufs von Steuer- und Vermittlungsinformationen im Kommunikationssystem (CSY).
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 16 in einem Ablaufverfolgungsverfahren zur Gewinnung eines zeitlichen Ablaufs von Steuer- und Vermittlungsinformationen im Kommunikationssystem (CSY).