DE602004011640T2

DE602004011640T2 - Übertragungsnetz und Verfahren zur Synchronisierung über eine Übertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE602004011640T2
Application number: DE602004011640T
Authority: DE
Inventors: Glenn R. Engel
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: US7397823B2; EP1484869A3; EP1484869A2; DE602004011640D1; US20040246996A1; EP1484869B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsnetzwerk und auf ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zeitsynchronisierung über eine Kommunikationsvorrichtung.
Eine breite Vielzahl von Systemen, die Industriesysteme, E-Commerce-Systeme, Informationssysteme usw. umfassen, verwenden Kommunikationsnetzwerke auf Paketbasis. Beispiele von Kommunikationsnetzwerken auf Paketbasis umfassen Netzwerke, die Ethernet-Standards erfüllen. Die Entitäten, die über ein Kommunikationsnetzwerk auf Paketbasis kommunizieren, können als Knoten bezeichnet werden. Beispiele von Knoten umfassen Computer, Arbeitsplatzrechner, Steuervorrichtungen, Sensorvorrichtungen, Rechenvorrichtungen, Informationsserver usw.
Die Knoten in einem Kommunikationsnetzwerk auf Paketbasis können als ein Satz von Unternetzen angeordnet sein. Jedes Unternetz kann eine Kommunikation unter einem entsprechenden Untersatz der Knoten bereitstellen. Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtungen (store-and-forward communication devices) können zum Wiederaussenden bzw. Weiterleiten von Paketen zwischen den Unternetzen verwendet werden. Ein Beispiel einer Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung ist ein Router.
Die Knoten, die über ein Kommunikationsnetzwerk auf Paketbasis kommunizieren, können lokale Takte umfassen. Zusätzlich können die Knoten die Zeitwerte, die in ihren lokalen Takten beinhaltet sind, durch Austauschen von Zeitsteuerungspaketen über das Kommunikationsnetzwerk auf Paketbasis synchronisieren. Die Knoten können z. B. das Precision Time Protocol (PTP; Präzisionszeitprotokoll), wie es in dem IEEE 1588-Standard dargelegt ist, zum Synchronisieren ihrer lokalen Takte durch Austauschen von Zeitsteuerungspaketen und Bestimmen der Verzögerung einer Zeitsteuerungspaketübertragung zwischen Knoten implementieren.
Die Menge an Zeit, die eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung zum Wiederaussenden von Zeitsteuerungspaketen zwischen Unternetzen einnimmt, kann abhängig von der Menge weiteren Verkehrs unterwegs variieren. Eine Variation bei der Zeit, die ein Wiederaussenden von Zeitsteuerungspaketen zwischen Unternetzen einnimmt, bewirkt typischerweise eine Variation bei der Verzögerung einer Zeitsteuerungspaketübertragung zwischen Knoten. Leider kann eine variable Verzögerung einer Zeitsteuerungspaketübertragung zwischen Knoten die Genauigkeit eines Zeitsynchronisierungsprotokolls, wie z. B. PTP, das auf einer Bestimmung der Verzögerung bei einer Zeitsteuerungspaketübertragung beruht, stören.
Die EP 1274213-A offenbart ein System zum Synchronisieren von Takten über Unternetze. Zeitsteuerungsdatenpakete werden über eine Zeitsynchronisierungsbrücke koordiniert und direkt zu Unternetzen geleitet, anstatt durch einen Router geleitet zu werden.
Die vorliegende Erfindung möchte ein verbessertes Kommunikationssystem und ein verbessertes -verfahren bereitstellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zeitsynchronisierungssystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zeitsynchronisierung gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.
Techniken zum Verwenden protokollaktivierter Schalter zur Bereitstellung einer Zeitsynchronisierung über Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtungen sind of fenbart. Ein protokollaktivierter Schalter gemäß den bevorzugten Techniken umgeht eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung zu dem Zweck einer Zeitsynchronisierung durch Zusammenführen von Zeitsteuerungspaketen in jedes Unternetz, das durch die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung bedient wird, wodurch die variablen Verzögerungen vermieden werden, die in der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung auftreten können.
Ein Kommunikationsnetzwerk gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen umfasst eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung und einen protokollaktivierten Schalter. Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung umfasst einen Satz von Toren, die jeweils zum Kommunizieren über ein entsprechendes Unternetz von Knoten dienen, wobei einer oder mehrere der Knoten eine lokale Zeit unter Verwendung eines Protokolls synchronisieren, das ein Bestimmen von Verzögerungen bei der Übertragung von Zeitsteuerungspaketen umfasst. Der protokollaktivierte Schalter stellt die Zeitsteuerungspakete an jedes Unternetz gemäß dem Protokoll bereit, wodurch die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung umgangen wird, und die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung sendet die Zeitsteuerungspakete auf den Unternetzen nicht wieder aus.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind unten lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Kommunikationsnetzwerks gemäß den vorliegenden Lehren;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kommunikationsnetzwerks gemäß den vorliegenden Lehren;
3 wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kommunikationsnetzwerks;
4 ein Ausführungsbeispiel eines protokollaktivierten Schalters.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kommunikationsnetzwerks 100 gemäß den vorliegenden Lehren. Das Kommunikationsnetzwerk 100 umfasst eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10, die eine Kommunikation unter einem Satz von Unternetzen von Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 ermöglicht. Ein beliebiger oder mehrere der Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 können einen entsprechenden lokalen Takt umfassen und können an einem Protokoll zum Synchronisieren ihres lokalen Taktes durch Austauschen von Zeitsteuerungspaketen über das Kommunikationsnetzwerk 100 teilnehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 ein Router.
Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 kommuniziert mit den Knoten 30–36 über eine Kommunikationsverbindung 70 und eine Netzwerkverteilungsvorrichtung 20. Ähnlich kommuniziert die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 mit den Knoten 40–46, 50–56 und 60–66 über einen Satz von Kommunikationsverbindungen 72–76 und einen Satz von Netzwerkverteilungsvorrichtungen 22–26. Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 umfasst einen Satz von Unternetztoren A–D zur Herstellung einer Verbindung zu den Kommunikationsverbindungen 70–76. Jede Netzwerkverteilungsvorrichtung 20–26 umfasst einen entsprechenden Satz von Weitergabetoren A–F. Die Weitergabetore A–E bei diesem Ausführungsbeispiel werden zur Herstellung einer Verbindung zu den entsprechenden Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 und den entsprechenden Kommunikationsverbindungen 70–76 verwendet.
Das Kommunikationsnetzwerk 100 umfasst einen protokollaktivierten Schalter 12, der den Austausch von Zeitsteuerungspaketen mit Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 handhabt. Der protokollaktivierte Schalter 12 kommuniziert mit den Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 über einen Satz von Kommunikationsverbindungen 80–86. Bei diesem Ausführungsbeispiel stellen die Kommunikationsverbindungen 80–86 eine Verbindung zwischen einem Satz von Schaltertoren A–D des protokollaktivierten Schalters 12 und den Weitergabetoren F der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 her. Der protokollaktivierte Schalter 12 sendet keine Pakete wieder aus, die auf den Kommunikationsverbindungen 80–86 getragen werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 eine beliebige Anzahl von Unternetztoren aufweisen und der protokollaktivierte Schalter 12 stellt ein entsprechendes Schaltertor für jedes Unternetztor bereit. Ähnlich können die Netzwerkverteilungsvorrichtungen, die Verbindungen zu Knoten herstellen, abhängig von der Anzahl entsprechender Knoten eine beliebige Anzahl von Weitergabetoren aufweisen.
Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 ist so konfiguriert, dass sie keine Zeitsteuerungspakete, die auf den Kommunikationsverbindungen 70–76 getragen werden, wieder aussendet. Bei einem Ausführungsbeispiel ignoriert die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 Zeitsteuerungspakete, die Sammelsende- bzw. Multicast-Pakete mit einer time to live = 1 (Lebenszeit = 1) gemäß dem IEEE 1588-Protokoll sind. Das Ignorieren der Zeitsteuerungspakete durch die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 vermeidet die variablen Verzögerungen bei einer Zeitsteuerungspaketübertragung in dem Kommunikationsnetzwerk 100, die ansonsten auftreten könnten, wenn die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 zum Wiederaussenden von Zeitsteuerungspaketen über Unternetze verwendet würde. Stattdessen stellt der protokollaktivierte Schalter 12 eine Zeitsynchronisierungsfunktionalität für die Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 durch Austauschen von Zeitsteuerungspaketknoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 über die Kommunikationsverbindungen 80–86 bereit.
Bei einem Ausführungsbeispiel wirkt der protokollaktivierte Schalter 12 wie ein Haupttakt, der Zeitsteuerungspakete auf jeder der Kommunikationsverbindungen 80–86 gemäß dem PTP-Protokoll, das in dem IEEE 1588-Standard dargelegt ist, erzeugt und überträgt. Die Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 geben Zeitsteuerungspakete, die über ihre Weitergabetore F empfangen werden, auf ihre Weitergabetore A–D weiter. Zusätzlich geben die Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 Zeitsteuerungspakete, die über ihre Weitergabetore A–D empfangen werden, auf ihre Weitergabetore F weiter.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kommunikationsnetzwerks 100 gemäß den vorliegenden Lehren. Bei diesem Ausführungsbeispiel tauscht der protokollaktivierte Schalter 12 Zeitsteuerungspakete mit den Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 über einen Satz von Kommunikationsverbindungen 120–126, einen Satz von Zentralstationen (Hubs) 90–96 und einen Satz von Kommunikationsverbindungen 130–136 aus. Die Kommunikationsverbindungen 120–126 stellen bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verbindung zu den Weitergabetoren E der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 her. Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 sendet keine Zeitsteuerungspakete, die auf den Kommunikationsverbindungen 110–116 getragen werden, wieder aus und der protokollaktivierte Schalter 12 gibt keine Pakete, die über die Kommunikationsverbindungen 130–136 getragen werden, weiter.
3 zeigt wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kommunikationsnetzwerks 100 gemäß den vorliegenden Lehren. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der protokollakti vierte Schalter 12 einen Satz von Schaltertoren A–H, die in Gruppen von 2 segmentiert sind. Die Schaltertore A–B sind so zusammengruppiert, dass der protokollaktivierte Schalter 12 Pakete zwischen den Kommunikationsverbindungen 146 und 156 weitergibt. Ähnlich sind die Schaltertore C–D so zusammengruppiert, dass der protokollaktivierte Schalter 12 Pakete zwischen den Kommunikationsverbindungen 144 und 154 weitergibt, die Schaltertore E–F sind so zusammengruppiert, dass der protokollaktivierte Schalter 12 Pakete zwischen den Kommunikationsverbindungen 142 und 152 weitergibt, und die Schaltertore G–H sind so zusammengruppiert, dass der protokollaktivierte Schalter 12 Pakete zwischen den Kommunikationsverbindungen 140 und 150 weitergibt. Der protokollaktivierte Schalter 12 gibt keine Pakete zwischen unterschiedlichen Gruppen weiter.
Die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung 10 sendet keine Zeitsteuerungspakete, die auf den Kommunikationsverbindungen 140–144 getragen werden, wieder aus. Der protokollaktivierte Schalter 12 tauscht Zeitsteuerungspakete mit den Knoten 30–36, 40–46, 50–56 und 60–66 über die Kommunikationsverbindungen 150–156 und die Weitergabetore E der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 aus.
Eine Vielzahl von Netzwerkverteilungsvorrichtungen könnte zum Weitergeben von Paketen in einem Untersatz von Knoten verwendet werden. Eine beliebige der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 z. B. könnte ein Schalter oder eine Zentralstation (Hub) oder eine Kombination sein. Zusätzlich könnte eine beliebige der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 ein protokollaktivierter Schalter sein, der seinen lokalen Haupttakt mit dem Haupttakt 212 synchronisiert, der in dem protokollaktivierten Schalter 12 beinhaltet ist. Ein Haupttakt in einem protokollaktivierten Schalter der Netzwerkverteilungsvorrichtungen 20–26 wird dann verwendet, um eine Synchronisierung lokaler Takte in in Verarbeitungsrichtung nachgeordneten Unternetzen zu treiben.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des protokollaktivierten Schalters 12. Der protokollaktivierte Schalter 12 umfasst einen Satz von Torschaltungen 200–206, einen Schaltkern 210 und einen PTP-Haupttakt 212.
Jede Torschaltung 200–206 ermöglicht eine Kommunikation über eine entsprechende Ethernet-Kommunikationsverbindung. Eingehende Pakete werden durch die Torschaltungen 200–206 an den Schaltkern 210 geliefert. Die normale Schaltfunktion des Schaltkerns 210 ist deaktiviert, so dass keine Pakete unter den Torschaltungen 200–206 weitergeleitet werden.
Der PTP-Haupttakt 212 fungiert als ein Haupttakt gemäß dem PTP-Protokoll, das in dem IEEE 1588-Standard dargelegt ist. Der PTP-Haupttakt 212 erzeugt Zeitsteuerungspakete und liefert die Zeitsteuerungspakete an den Schaltkern 210. Der Schaltkern 210 liefert die Zeitsteuerungspakete zur Übertragung an die Torschaltungen 200–206. Zeitsteuerungspakete, die durch die Torschaltungen 200–206 empfangen werden, werden an den Schaltkern 210 geliefert und der Schaltkern liefert die empfangenen Zeitsteuerungspakete an den PTP-Haupttakt 212.
Der protokollaktivierte Schalter 12 könnte ein PTP-aktivierter Schalter sein, der modifiziert ist, um eine Weitergabe von Paketen zwischen seinen Toren oder zwischen Gruppen von Toren zu deaktivieren. Eine derartige Modifizierung könnte z. B. durch ein Verändern der Firmware des Schaltkerns 210 erzielt werden.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung ist zu dem Zweck einer Darstellung vorgesehen und soll weder ausschließlich sein, noch die Erfindung auf das genaue offenbarte Ausführungsbeispiel einschränken. Entsprechend ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.

Claims

Ein Zeitsynchronisierungssystem für ein Kommunikationsnetzwerk, das eine Mehrzahl von Unternetzen von Knoten (30, 32, 34, 36, 40, 42, 44, 46, 50, 52, 54, 56, 60, 62, 64, 66) aufweist, wobei einer oder mehrere der Knoten angeordnet sind, um eine lokale Zeit unter Verwendung eines Protokolls zu synchronisieren, das einen Satz von Zeitsteuerungspaketen umfasst, wobei das Zeitsynchronisierungssystem folgende Merkmale umfasst: eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10), die angeordnet ist, um mit einem Satz der Unternetze von Knoten verbunden zu sein, wobei die Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) konfiguriert ist, um die Zeitsteuerungspakete nicht wieder auszusenden; und gekennzeichnet durch: einen protokollaktivierten Schalter (12), der angeordnet ist, um mit dem Satz von Unternetzen von Knoten verbunden zu sein, und wirksam ist, um nur die Zeitsteuerungspakete zwischen den Unternetzen gemäß dem Protokoll weiterzuleiten.
Ein Kommunikationsnetzwerk, das ein Zeitsynchronisierungssystem umfasst, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, bei dem jedes Unternetz von Knoten über eine entsprechende Netzwerkverteilungsvorrichtung eine Verbindung zu der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) herstellt.
Ein Kommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 2, bei dem die Netzwerkverteilungsvorrichtung ein Schalter (20, 22, 24, 26) ist.
Ein Kommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 2, bei dem die Netzwerkverteilungsvorrichtung eine Zentralstation (90, 92, 94, 96) ist.
Ein Kommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 2, bei dem die Netzwerkverteilungsvorrichtung ein weiterer protokollaktivierter Schalter ist, der wirksam ist, um nur die Zeitsteuerungspakete für jedes Unternetz gemäß dem Protokoll weiterzuleiten.
Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zeitsynchronisierung über eine Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10), das folgende Schritte umfasst: Verbinden von jedem eines Satzes von Unternetztoren (A, B, C, D) der Speicherung- und Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) mit einem entsprechenden Unternetz von Knoten (30, 32, 34, 36, 40, 42, 44, 46, 50, 52, 54, 56, 60, 62, 64, 66), wobei einer oder mehrere der Knoten eine lokale Zeit unter Verwendung eines Protokolls synchronisieren, das einen Satz von Zeitsteuerungspaketen umfasst; Konfigurieren der Speicherung- und Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10), um die Zeitsteuerungspakete nicht weiterzuleiten; und gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Verbinden eines protokollaktivierten Schalters (12) mit den Unternetzen von Knoten; Konfigurieren des protokollaktivierten Schalters (12), um nur die Zeitsteuerungspakete zwischen den Unternetzen von Knoten gemäß dem Protokoll weiterzuleiten.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Schritte eines Verbindens den Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über eine entsprechende Netzwerkverteilungsvorrichtung umfassen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über eine entsprechende Netzwerkverteilungsvorrichtung den Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über einen Schalter (20, 22, 24, 26) aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über eine entsprechende Netzwerkverteilungsvorrichtung den Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über eine Zentralstation (90, 92, 94, 96) aufweist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über eine entsprechende Netzwerkverteilungsvor richtung den Schritt eines Verbindens jedes Unternetzes von Knoten mit der Speicherung- und -Wiederaussendung-Kommunikationsvorrichtung (10) und dem protokollaktivierten Schalter (12) über einen weiteren protokollaktivierten Schalter, der nur die Zeitsteuerungspakete für jedes Unternetz gemäß dem Protokoll weiterleitet, aufweist.