DE602004005991T2 - Verfahren zur taktsynchronisation drahtloser 1394-busse für über ieee 802.11-lan netzwerk verbundene knoten - Google Patents

Verfahren zur taktsynchronisation drahtloser 1394-busse für über ieee 802.11-lan netzwerk verbundene knoten Download PDF

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Description

  • Der Anwendungsbereich der Erfindung bezieht sich auf die Synchronisation von in Standards wie IEEE 1394 spezifizierten Vorrichtungen. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Synchronisation von IEEE-1394-Vorrichtungen, die über Standards 802.11a oder 802.11b für drahtlose Kommunikation verbunden sind.
  • IEEE 1394 ist ein Standard für einen seriellen Bus, bei dem die Vorrichtungen normalerweise über ein serielles Kabel verbunden sind. Ein Camcorder, eine Kamera oder ein Monitor können beispielsweise über einen 1394-Bus mit einem ersten Computer verbunden werden. Der erste Computer wird aller Wahrscheinlichkeit nach eine 1394-Adpaterkarte aufweisen, die in einen seiner Steckplätze gesteckt ist und die Kommunikation zwischen den 1394-Vorrichtungen und dem Rechner steuert und übermittelt.
  • Mit dem Aufkommen des 802.11-Funks ist es jedoch möglich, in einer einzigen Vorrichtung, beispielsweise einem Computer, eine 802.11-Adapterkarte und eine 1394-Karte zu haben, die die Steuerung von Vorrichtungen, beispielsweise einer Kamera, eines Camcorders, eines Monitors usw. erlauben. Ein weiterer Computer kann mit dem ersten Computer kommunizieren und, falls gewünscht, können die von der Kamera aufgenommenen Bilder beispielsweise an einen zweiten Computer gesendet werden. Zum Senden der Bilder an den zweiten Computer überträgt die Kamera Bilddaten auf dem verdrahteten 1394-Bus an den ersten Computer. Mit dem Aufkommen der drahtlosen Kommunikation, insbesondere des WLAN wie 802.11a oder 802.11b (im Folgenden als „802.11a/b" bezeichnet), nimmt die Möglichkeit zu, dass dieses spezielle Kommunikationsverfahren für die Kommunikation zwischen den ersten und zweiten Computer eingesetzt wird.
  • Damit mit einem 1394-Bus verbundene 1394-Vorrichtungen mit anderen 1394-Vorrichtungen auf einem anderen Bus über drahtlose Kommunikation wie 802.11 kommunizieren können, müssen die meisten 1394-Standards nachgebildet werden, um die volle 1394-Funktionalität bieten zu können. Die Synchronisation von in herkömmlicher Weise verbundenen Vorrichtungen ist im IEEE-1394-Standard beschrieben und ein Verfahren zum Durchführen dieser Funktion ist in der europäischen Norm zur drahtlosen Kommunikation mit dem Titel „Hiperlan" in ETSI TS 101 493-3 spezifiziert.
  • Es existiert jedoch kein bekanntes Verfahren zur Synchronisation von 1394-Vorrichtungen auf verschiedenen fest verdrahteten Bussen, die die Kommunikation über 802.11a/b versuchen.
  • Das Problem der Synchronisation ist ernst, da Vorrichtungen, die den 1394-Standard einsetzen, ein synchrones System für die Zeitsteuerung verwenden. Die 802.11a/b-Standards weisen zwar ein Beacon auf, das in regelmäßigen Abständen gesendet wird, das Senden oder Empfangen dieses Beacons ist jedoch außerhalb der 802.11a/b-Vorrichtung nicht direkt zugänglich. Ein Computer hat Zugriff auf den Software Beacon Alert (SBA). Dieser Alert von der 802.11a/b-Vorrichtung gibt an, dass in Kürze das Beacon gesendet wird, und dass Software die Beacon-Daten vorbereiten muss. Zusätzlich kann dieser Alert nicht direkt für die Synchronisation verwendet werden, da seine Verzögerung hinsichtlich der 802.11a/b-Zeitbasis stark variiert (100 μs sind nicht ungewöhnlich). Die Target Beacon Transition Time (TBTT) wird bei 802.11 vom Point Coordinator (PC) dazu verwendet, den Vorrichtungen mitzuteilen, welcher Zeitabstand zwischen den übertragenen Frames besteht, wobei die Zeit in wiederholte Perioden unterteilt wird, die Superframes genannt werden. Ein Superframe beginnt mit einem Beacon-Frame, der die Bereitstellung von Protokollparametern und die Synchronisierung der lokalen Timer in den Stationen erlaubt. Somit weiß jede in dem 802.11-Netzwerk verbundene Station, wann der nächste Beacon-Frame eintreffen wird, der in dem Beacon-Frame angekündigt wird.
  • 802.11a/b nutzen beide mit einer konstanten Geschwindigkeit übertragene Beacons, das 802.11a/b ist jedoch ein asynchrones Protokoll. Das Problem wird noch weiter dadurch kompliziert, dass das 802.11 im Wesentlichen in eine Adapterkarte (mit dem Funk) und den Computer (mit den für die Steuerung erforderlichen „Smarts"), mit dem sie verbunden ist, aufgeteilt ist, und die Karte eine Unterbrechung erzeugen muss, die von dem Computer abzuarbeiten ist.
  • Es besteht daher der Bedarf an der Schaffung eines genauen (d.h. reinen) Wandtaktes, der von allen 802.11a/b-Vorrichtungen eingesetzt werden könnte, um die Kommunikation von mit verschiedenen 1394-Bussen verbundenen Vorrichtungen zu erlauben.
  • In dem Dokument WO99/55028 wird ein Verfahren zur Synchronisation in einem Kommunikationsnetzwerk dargelegt, wobei zwei Busse miteinander über ein drahtloses Netz kommunizieren, auf das sie über ein Portal zugreifen. Ein Synchronisationssig nal wird zu einem vorher festgelegten Zeitpunkt im Hinblick auf den Anfang jedes Frames durch jedes Portal übertragen.
  • In dem Dokument US2002/0114303 wird ein WLAN dargelegt, das eine Hierarchie von Zugangspunkten und mobilen Vorrichtungen umfasst, die zwischen diesen Zugangspunkten wandern können. Dazwischen liegende Zugangspunkte in der Hierarchie synchronisieren ihre Taktsignale mit ihrem entsprechenden Hauptzugangspunkten und schaffen selbst die Synchronisation für Zugangspunkte, die ihnen in der Hierarchie untergeordnet sind.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und ein Gerät zur Synchronisation von 1394-Vorrichtungen, die über ein 802.11a/b-WLAN miteinander verbunden sind.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein erster Schritt eines Zweischrittprozesses, der einen ersten Phasenregelkreis (engl. Phase Lock Loop, PLL) nutzt, dazu verwendet, einen reinen Wandtakt zu schaffen, der dazu benutzt werden kann, die Kommunikation der 1394-Busse zu synchronisieren.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein zweiter Schritt eines Zweischrittprozesses darin, die Zykluszeitinformationen von einem ersten 1394-Bus 205 (in 2 dargestellt) zu den Computer-Slaves 210b und 210c zu übertragen, wobei der Computer-Slave 210b einen zweiten Phasenregelkreis enthält.
  • Somit erlaubt die vorliegende Erfindung die Synchronisation einer internen Zeitbasis mit dem SBA und mit Hilfe der Zeitbasis die Synchronisation von 1394-Bussen.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Ablaufplan, der eine Übersicht über einen Aspekt der vorliegenden Erfindung vermittelt,
  • 2 eine Art, in der ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein digitaler Phasenregelkreis (PLL) dazu verwendet werden, eine Synchronisation der mit den jeweiligen 1394-Bussen verbundenen 802.11-Vorrichtungen zu schaffen mit dem folgenden Unterschied: Die Phasenverstärkung ist nicht symmetrisch um Nullfehler.
  • 1 zeigt eine Übersicht über ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Prozess umfasst zwei Schritte.
  • Bei Schritt 110 wird eine interne Zeitbasis mit dem Software Beacon Alert synchronisiert, indem der Software Beacon Alert einem ersten Phasenregelkreis (PLL) zugeführt wird, der unsymmetrisch um Nullfehler ist. Die Phasenverstärkung, die eingesetzt wird, ist typischerweise keine durchweg geradlinige (lineare) Verstärkung. Beispielsweise gibt eine niedrige Verstärkung mit einem konstanten Wert ein spätes Beacon an. Eine hohe und proportionale (lineare) Verstärkung gibt jedoch an, dass das Beacon früh ist.
  • Der Software Beacon Alert liefert den Zeitpunkt des nächsten Beacon-Frames, welcher als Target Beacon Transition Time (TBTT) bezeichnet wird. Wie bereits dargelegt unterliegt der Software Beacon Alert jedoch oft Verzögerungen, die ihn als Zeitsteuerungsreferenz selbst ungeeignet machen. Die zeitliche Änderung des Software Beacon Alerts ist fast immer in gewissem Maße verzögert. Die vorliegende Erfindung gleicht die zeitliche Änderung des Software Beacon Alerts aus, indem sie einen Phasenregelkreis mit einer Phasendetektorverstärkung nutzt, die konstant und niedrig ist, wenn der Software Beacon Alert spät ist, und hoch und proportional ist, wenn der Software Beacon Alert früh ist. Diese Funktion wird in allen drahtlosen 1394-Vorrichtungen, die mit dem Bus verbunden sind, identisch ausgeführt, so dass alle über eine gemeinsame, stabile Zeitbasis verfügen, mit der Vorrichtungen, die mit verschiedenen Bussen fest verdrahtet sind, synchronisiert werden.
  • Bei Schritt 120 wird die synchronisierte interne Zeitbasis, die mit dem Zeitpunkt des Software Beacon Alerts synchronisiert wurde, dazu verwendet, die Zykluszeit einer 1394-Adapterkarte eines der Computer abzutasten und diese spezielle Karte als Cycle Master zu kennzeichnen. Der Cycle Master tastet die 1394-Zeitbasis in Reaktion auf den gefilterten Software Beacon Alert ab. Der Master sendet dann diesen Zeitpunkt in einer eindeutigen Meldung an alle anderen drahtlosen 1394-Vorrichtungen. Die Zeit, die das Senden dieses Zeitpunktes an die anderen Vorrichtungen dauert, ist unerheblich, so lange er bis zum nächsten Software Beacon Alert gesendet wird, da der Zeitpunkt, zu dem er erfasst wurde, allen drahtlosen 1394-Vorrichtungen bekannt ist.
  • Bei Schritt 130 führen die restlichen Vorrichtungen, die Slaves sind, die vom Master empfangenen Zeitsteuerungsmeldungen einem zweiten Phasenregelkreis zu. Dieser Einsatz eines zweiten Phasenregelkreises ermöglicht die Fehlerprüfung und begrenzt die momentane Änderung der 1394-Zykluszeit auf +/– 1 Takt pro 1394-Zyklus. Die Slaves 210b und 210c verfügen jeweils über ihren eigenen Phasenregelkreis 225 (nicht dargestellt), die jedoch ähnlich ausgelegt sind wie der erste Phasenregelkreis 225 des Masters 210a. Es ist anzumerken, dass die typische Abweichung zwischen Master und Slave lediglich einen Bruchteil eines Taktes pro 1394-Zyklus ausmacht. Der Phasenregelkreis in den Slaves muss diese Abweichung berücksichtigen und sie gleichmäßig auf viele 1394-Zyklen verteilen. Bei einem Slave, dessen 24.576-MHz-Taktgeber beispielsweise um einen halben Takt pro Zyklus zu langsam ist, würde das bedeuten, dass jeder zweite Zyklus 3071 Takte anstelle der normalen 3072 umfasst.
  • 2 zeigt eine Art, wie ein drahtloses System gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet werden kann. Die Busse 205, 207 und 209 sind 1394-Busse. Die Vorrichtungen 210a, 210b und 210c sind typischerweise Computer mit 1394-Adapterkarten. Die Computer weisen auch Mittel für die drahtlose Kommunikation 214 mit WLAN-Vorrichtungen 213 auf, beispielsweise Kameras 212, Telefone (nicht dargestellt), Monitore 211 usw. Bei dem vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass der Drahtlosstandard 802.11 ist, andere drahtlose Formen der Kommunikation können jedoch ebenso eingesetzt werden.
  • Die Vorrichtung 210a wird als Master bestimmt, und die Vorrichtungen 210b und 210c sind die Slaves. Der erste Phasenregelkreis (PLL) 225 empfängt den Software Beacon Alert 216. Der erste PLL 225 ist vorzugsweise ein digitaler PLL, der nicht symmetrisch um Nullfehler ist. Die Verstärkung des ersten PLL 225 ist konstant und niedrig, wenn der Software Beacon Alert später als angekündigt eintrifft, ist jedoch hoch und proportional, wenn der Software Beacon Alert früh ist. Diese Funktion ist in allen drahtlosen 1394-Vorrichtungen identisch implementiert, wodurch sie eine gemeinsame, stabile Zeitbasis erhalten. Die Slaves 210b und 210c führen die vom Master empfangenen Zeitmeldungen dem zweiten PLL 235 zu. Der zweite PLL 235 überprüft den Fehler auf dem Master und verteilt den Fehler auf viele 1394-Zyklen.
  • Somit werden alle 802.11a/b-Vorrichtungen mit demselben 1394-Master synchronisiert, auch wenn sie mit verschiedenen Bussen verbunden sind. Jedes Mal, wenn eine gefilterte Unterbrechung auftritt, kann die Zykluszeit ausgelesen werden. Typischerweise dauert es ungefähr 1 ms, den ausgelesenen Wert von den 802.11-Karten zu übertragen. Dieser ausgelesene Wert wird im nächsten Software Alert verwendet. Die Slaveseite liefert einen Deltawert zusätzlich zu dem Deltawert von der 1394-Masterkarte, der es ermöglicht zu bestimmen, ob die Zeitsteuerung schnell oder langsam ist. Ein Standard-PLL kann eingesetzt werden, um diese Zeitsteuerung zu ermitteln, indem die Zykluszeit mit einer lokalen Zykluszeit verglichen wird. Somit kann die Differenz bei der Zeitsteuerung innerhalb einer vorher festgelegten Zeitspanne korrigiert und die korrekte Phase erzielt werden.
  • An der vorliegenden Erfindung können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Es versteht sich, dass die Zeichnungen beispielhaft sind und die in den Ansprüchen dargelegte Erfindung nicht einschränken. Bei den gezeigten Beispiel wurden zwar Computer mit 1394-Adapterkarten und 802.11-Karten zur Kommunikation mit anderen drahtlosen Vorrichtungen eingesetzt, es ist jedoch möglich, andere Arten von Vorrichtungen an den 1394-Bus anzuschließen, und die Art der drahtlosen Vorrichtungen ist unerheblich, solange sie mit der an den 1394-Bus angeschlossenen Vorrichtung kommunizieren können.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Taktsynchronisation einer Vielzahl drahtloser Vorrichtungen (213), die mit entsprechenden Knoten kommunizieren, wobei mindestens einige der entsprechenden Knoten mit verschiedenen Bussen verbunden sind, das folgende Schritte umfasst: (a) Synchronisieren einer internen Zeitbasis (Schritt 110) eines drahtlosen Masters (210a), der mit einem ersten Bus (205) verbunden ist, durch Empfangen eines Software Beacon Alerts (216), der einen Zeitpunkt eines nachfolgenden Sendevorgangs angibt, und Zuführen des Software Beacon Alerts zu einem ersten Phasenregelkreis (225), der dem Master (210a) zugeordnet ist, um einen gefilterten Software Beacon Alert zu erzeugen, wobei der genannte ersten Phasenregelkreis (225) einen Phasendetektor mit einer asymmetrischen Verstärkung um Nullfehler einsetzt, (b) Senden einer Zeitsteuerungsmeldung (Schritt 120) vom Master (210a) an einen zweiten Phasenregelkreis (235), der mindestens einem Slave (210b, 210c) zugeordnet ist, der mit einem zweiten Bus (207, 209) verbunden ist, und (c) Zuführen der Zeitsteuerungsmeldung (Schritt 130) vom zweiten Phasenregelkreis (235) zu dem genannten mindestens einen Slave (210b, 210c), der mit dem genannten zweiten Bus (207, 209) verbunden ist, bevor der Master (210a) eine nachfolgende Software-Beacon-Alert-Meldung empfängt, so dass der drahtlose Master (210a) und der mindestens eine Slave (210b, 210c) synchronisiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in Schritt (b) empfangene Zeitsteuerungsmeldung fehlergeprüft wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die momentane Änderung der Zykluszeit für den mindestens einen Slave auf +/– einen Taktimpuls pro 1394-Zyklus beschränkt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zwischen dem drahtlosen Master (210a) und dem mindestens einen Slave (210b, 210c) gesendeten und empfangenen Meldungen ein 802.11-WLAN-Netzwerk nutzen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: (d) Ermitteln, ob der Software Beacon Alert, SBA, spät oder früh ist, indem ein Ausgangssignal des ersten Phasenregelkreises (225) ermittelt wird, wobei ein konstanter Wert, der im Vergleich zu einem vorher festgelegten Wert relativ klein ist, angibt, dass der SBA spät ist, während eine relativ höhere und proportionale Verstärkung des ersten Phasenregelkreises (225) angibt, dass der SBA früh ist.
  6. System zur Taktsynchronisation von drahtlosen Knoten, das Folgendes umfasst: einen Master (210a), der mit einem ersten Bus (205) verbunden ist, mit Mitteln zum Empfangen eines Software Beacon Alerts (216) und Mitteln zum Kommunizieren (214) mit mindestens einer drahtlosen Vorrichtung (213), wobei der genannte Software Beacon Alert eine Angabe eines Zeitpunktes eines nachfolgenden Sendevorgangs liefert, einen ersten Phasenregelkreis (225), der mit dem Master (210a) kommuniziert, wobei der genannte erste Phasenregelkreis (225) unsymmetrisch um Nullfehler ist, so dass eine Phasendetektorverstärkung konstant und relativ niedriger ist, wenn der Software Beacon Alert später als ein angegebener nachfolgender Sendezeitpunkt ist, und relativ höher und proportional ist, wenn der Software Beacon Alert früher als der angegebene nachfolgende Sendezeitpunkt ist, wobei der genannte erste Phasenregelkreis eine gefilterte Software-Beacon-Alert-Meldung liefert, mindestens einen Slave (210b, 210c), der die vom Master gesendete, gefilterte Software-Beacon-Alert-Meldung empfängt, wobei der genannte mindestens eine Slave Mittel für drahtlose Kommunikation (214) mit mindestens einer drahtlosen Vorrichtung (213) umfasst und mit einem zweiten Bus verbunden ist, und einen zweiten Phasenregelkreis (235), der mit dem mindestens einen Slave (210b, 210c) kommuniziert, wobei der genannte zweite Phasenregelkreis unsymmetrisch um Nullfehler ist, so dass eine Phasendetektorverstärkung konstant und relativ niedriger ist, wenn die gefilterte Software-Beacon-Alert-Meldung später als der angegebene nachfolgende Sendezeitpunkt ist, und relativ höher und proportional ist, wenn die Software-Beacon- Alert-Meldung früher als der angegebene nachfolgende Sendezeitpunkt ist, so dass der genannte Master (210a) des ersten Busses und der genannte mindestens eine Slave (210b, 210c) des zweiten Busses synchronisiert werden.
  7. System nach Anspruch 6, wobei die von dem zweiten Phasenregelkreis (235) empfangene gefilterte Software-Beacon-Alert-Meldung fehlergeprüft wird.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die momentane Änderung der Zykluszeit für die gefilterte Software-Beacon-Alert-Meldung des genannten mindestens einen Slave (210b, 210c) auf +/– einen Taktzyklus beschränkt ist.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die zwischen einer ersten drahtlosen Vorrichtung (213), die mit dem Master (210a) kommuniziert, und einer zweiten drahtlosen Vorrichtung (215), die mit mindestens einem Slave (210b, 210c) kommuniziert, gesendeten und empfangenen Meldungen ein 802.11-WLAN-Netzwerk nutzen.
  10. System nach Anspruch 6, wobei der Master (210a) und der mindestens eine Slave (210b, 210c) den IEEE-Normen 1394 zur Zeitsteuerung von Vorrichtungen entsprechen, und wobei der genannte Master (210a) und der genannte mindestens eine Slave (210b, 210c) mit entsprechenden seriellen 1394-Bussen verbunden sind.
  11. System nach Anspruch 10, das ferner eine Vielzahl von seriellen IEEE-1394-Bussen umfasst, wobei der genannte Master (210a) mit einem ersten der Vielzahl von seriellen IEEE-1394-Bussen und der genannte Slave mit einem zweiten der Vielzahl von IEEE-1394-Bussen verbunden ist.
  12. Gerät zum Empfangen eines Software Beacon Alerts von einem drahtlosen Netzwerk und zum Synchronisieren einer Vielzahl von drahtlosen Knoten, wobei das genannte Gerät Folgendes umfasst: Mittel zum Synchronisieren eines Software Beacon Alerts, der einen nachfolgenden Sendezeitpunkt angibt, die einen Phasenregelkreis (225) umfassen, der unsymmetrisch um Nullfehler ist, so dass eine Phasendetektorverstärkung konstant und relativ niedriger ist, wenn der Software Beacon Alert später als der angegebene nachfolgende Sendezeitpunkt ist, und relativ höher und proportional ist, wenn der Software Beacon Alert früher als der angegebene nachfolgende Sendezeitpunkt ist, wobei die genannten Mittel zum Synchronisieren einen gefilterten Software Beacon Alert liefern, eine Master-Slave-Anordnung (210a, 210b, 210c), wobei ein Master (210a) einen gefilterten Software Beacon Alert an mindestens einen Slave (210b, 210c) sendet, und wobei der genannte Master (210a) und der mindestens eine Slave (210b, 210c) jeweils mit entsprechenden seriellen 1394-Bussen verbunden sind, und wobei der genannte Master und der mindestens eine Slave drahtlos mit einer 802.11-fähigen drahtlosen Vorrichtung (213) kommunizieren, und eine zweite Phasenregelkreis-Filtervorrichtung (235) für den genannten mindestens einen Slave (210b, 210c), die eine Fehlerprüfung vornimmt, so dass der Master (210a) und der mindestens eine Slave (210b, 210c) synchronisiert werden.
  13. Gerät nach Anspruch 12, wobei die zweite Phasenregelkreis-Filtervorrichtung (235) eine momentane Änderung auf +/– einen Taktzyklus beschränkt.
  14. Gerät nach Anspruch 12, wobei die zweite Phasenregelkreis-Filtervorrichtung (235) die momentane Änderung auf eine Vielzahl von Zyklen verteilt.
  15. Gerät nach Anspruch 12, das mindestens eine zusätzliche zweite Phasenregelkreis-Vorrichtung (235) umfasst, so dass jeder entsprechende Slave (210b, 210c) eine entsprechende zweite Phasenregelkreis-Vorrichtung aufweist.
  16. Gerät nach Anspruch 12, wobei die genannte drahtlose Vorrichtung, die mit dem genannten Master (210a) kommuniziert, und der mindestens eine Slave (210b, 210c) über ein IEEE-802.11-Protokoll kommunizieren.
  17. Gerät nach Anspruch 12, wobei der Master (210a) und der mindestens eine Slave (210b, 210c) Computer mit 1394-Adapterkarten umfassen, um mit einem seriellen 1394-Bus zu kommunizieren, und 802.11-Adapterkarten zur drahtlosen Übertragung mit 802.11-Vorrichtungen umfassen.
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