DE60310749T2

DE60310749T2 - Verfahren zur bestimmung eines timing-offset zwischen einem ersten takt und einem zweiten takt in einem kommunikationsnetz

Info

Publication number: DE60310749T2
Application number: DE60310749T
Authority: DE
Inventors: David James Chilwell SMITH
Original assignee: Siemens PLC
Current assignee: Siemens PLC
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: US20060126437A1; GB2394628A; CN1706135B; WO2004038971A1; GB0224864D0; DE60310749D1; CN1706135A; EP1554830A1; AU2003276127A1; US7120090B2; EP1554830B1; GB2394628B

Description

Hintergrund
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Timing-Offset zwischen einem ersten Takt und einem zweiten Takt in einem Kommunikationsnetz.
Hintergrund der Erfindung
Es gehört zum Standard, dass ein Endgerät, das mit einem Rechnernetz verbunden ist, über einen internen Takt für Zeitmessungszwecke verfügt. Typische Takt-Hardware liefert eine Millisekunden-Auflösung und -Taktung. Üblicherweise arbeiten die Takte zweier oder mehrerer Endgeräte, die über ein Netz miteinander kommunizieren, unabhängig voneinander und sind daher unter Umständen nicht synchronisiert. Für bestimmte Arten der Kommunikation über ein Netz ist es wünschenswert, dass der zeitliche Versatz, das so genannte Timing-Offset, zwischen den beiden nicht synchronisierten internen Takten der zwei oder mehreren Kommunikations-Endgeräte bekannt oder vorhersagbar ist. Beispielsweise wird das Messen der Netzverzögerung in einem IP-Netz vereinfacht, wenn das Timing-Offset zwischen den Takten der miteinander kommunizierenden Endgeräte bekannt ist.
Die Netzverzögerung in einem IP-Netz ist das Maß dafür, wie viel Zeit ein Datenpaket benötigt, um von einem Punkt des Netzes zu einem anderen zu gelangen. Die Netzverzögerung kann entweder für den Umlauf eines Datenpakets oder lediglich unidirektional, d. h. in einer Richtung, gemessen werden.
Ein Verfahren zum Messen der Umlaufverzögerung beinhaltet das Verwenden der in der Technik hinreichend bekannten „Ping"- Funktion im Netz. Mit der „Ping"-Funktion wird ein Datenpaket von dem Empfangspunkt an den Punkt im Netz zurückübertragen, von dem aus das Datenpaket ursprünglich gesendet wurde. Die Umlaufverzögerung wird einfach berechnet als die Differenz zwischen der Zeit, zu der das Datenpaket wieder an seinem Ausgangspunkt empfangen wurde, und der Zeit, zu der das Datenpaket ursprünglich von seinem Ausgangspunkt aus gesendet wurde. Da sich diese Berechnung ausschließlich auf die Zeit des Taktes am Ausgangspunkt stützt, besteht keine Notwendigkeit, den Takt am Ausgangspunkt und den Takt am Empfangspunkt miteinander zu synchronisieren.
Ein bekanntes Verfahren zum Messen der unidirektionalen Netzverzögerung basiert auf einem absoluten Takt, um die Zeit des Takts am Ausgangspunkt im Netz und die Zeit des Takts am Zielpunkt im Netz zu synchronisieren. Unter der Voraussetzung, dass die Takte am Ausgangspunkt und am Zielpunkt im Netz auf einen absoluten Takt synchronisiert sind, ist die unidirektionale Netzverzögerung einfach zu berechnen als die Differenz zwischen der Zeit, zu der ein Datenpaket am Zielpunkt empfangen wird, und der Zeit, zu der das Datenpaket am Ausgangspunkt gesendet wurde. Die Takte am Ausgangs- und am Zielpunkt können beispielsweise etwa auf einen GPS (Global Positioning System, weltumspannendes Ortungssystem) -Zeitempfänger oder auf eine andere derartige Quelle für eine absolute Zeitmessung synchronisiert sein.
RFC 1305 beschreibt das Network Time Protocol (NTP). Das NTP ist dafür ausgelegt, Zeitinformationen von einer absoluten Zeitquelle an Endgeräte in einem umfangreichen Netz wie etwa dem Internet zu verteilen.
Unter Jitter ist der Betrag zu verstehen, um den die Datenpaketübertragungsrate gegenüber dem Mittelwert während eines aktuellen Zeitraums abweicht. Jitter-Messungen gehen von einem definierten Zeitintervall zwischen den im Rahmen des Tests gesendeten Datenpaketen aus. Auf diese Weise geben Jitter-Messungen lediglich einen Hinweis auf Verzögerungseffekte durch einen Vergleich des gemessenen Intervalls zwischen zwei empfangenen Datenpaketen mit dem definierten Datenpaketübertragungsintervall. Jitter-Messungen geben keinerlei Auskunft über unidirektionale Übertragungsverzögerungen, die bei einzelnen Datenpaketen auftreten.
Es ist wünschenswert, über die Möglichkeit zu verfügen, das Timing-Offset zwischen zwei Takten in einem Rechnernetz zu bestimmen oder vorherzusagen. Dies hätte zahlreiche Vorteile, unter anderem darin, dass die unidirektionale Übertragungsverzögerung im Netz ermittelt werden könnte, ohne dass ein absoluter Takt verwendet werden muss, um die Takte an Übertragungs- und Empfangspunkt im Netz zu synchronisieren.
Die Patentschrift EP-A-0697774 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln eines Timing-Offset zwischen einem ersten Takt und einem zweiten Takt in einem Kommunikationsnetz. Bei diesem Verfahren werden ein erstes Timing-Offset und ein zweites Timing-Offset basierend auf der minimalen unidirektionalen Übertragungsverzögerung geschätzt und dazu verwendet, ein aktuelles Timing-Offset zwischen dem ersten und dem zweiten Takt zu schätzen. Um das aktuelle Timing-Offset zu ermitteln, kommt in dem Verfahren gemäß der Patentschrift EP-A-0697774 ein Algorithmus auf Basis der Kalman-Filterung zum Einsatz.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Timing-Offset entsprechend dem beigefügten Patentanspruch 1 bereitgestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein Beispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Kommunikationsnetz darstellt;
2 ein Zeitdiagramm für ein Datenpaket darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es wird Bezug genommen auf 1 in den beigefügten Zeichnungen, in der ein Kommunikationsnetz 1 dargestellt ist, welches ein erstes Endgerät A und ein zweites Endgerät B umfasst. In der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich sowohl bei dem ersten Endgerät A als auch bei dem zweiten Endgerät B um Personal-Computer (PC) und ist das Kommunikationsnetz 1 ein auf dem Internet-Protokoll (IP) basierendes Netz, beispielsweise ein Ortsnetz (LAN, Local Area Network) eines Unternehmens.
Das erste Endgerät A und das zweite Endgerät B beinhalten jeweils eine interne Takt-Hardware (nicht dargestellt). Die internen Takte des ersten Endgeräts A und des zweiten Endgeräts B sind nicht aufeinander synchronisiert, womit zu einem gegebenen Zeitpunkt ein Synchronisations- oder Timing-Offset δ zwischen den beiden Takten besteht. Das Timing-Offset δ kann definiert werden als: δ = TB – TA (1) wobei T_A für die Zeit steht, die von dem Takt des ersten Endgeräts A angezeigt wird, und T_B analog hierzu die Zeit angibt, die von dem Takt des zweiten Endgeräts B angezeigt wird.
Während einerseits erwartet werden kann, dass die unabhängig von einander laufenden Takte von Personal-Computern (PCs) wie dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B einigermaßen gleichmäßige Taktfrequenzen (d. h. Zeitintervalle) einhalten, ist es andererseits unwahrscheinlich, dass diese Taktfrequenzen gleich sind. Wenn also der Takt des ersten Endgeräts A mit einer Taktfrequenz f₁ arbeitet und der Takt des zweiten Endgeräts B mit einer davon verschiedenen Taktfrequenz f₂ arbeitet, ist der Versatz zwischen den beiden Takten wie folgt definiert: f2 - f1 (2)
Da der Versatz der Takte des ersten Endgeräts A und des zweiten Endgeräts B nicht Null beträgt, ist das Synchronisations-Offset δ nicht konstant, sondern es variiert linear mit der Zeit.
Das Endgerät A ist dafür ausgelegt, eine Reihe von Testdatenpaketen über das Kommunikationsnetz 1 an das Endgerät B zu übertragen. Jedes Testdatenpaket, das am Endgerät B empfangen wird, wird wieder an das Endgerät A zurück übertragen. Der Pfad durch das Netz, dem die Pakete auf ihrem Umlaufweg folgen, ist symmetrisch.
Wie an späterer Stelle noch ausführlicher erläutert wird, werden die Zeitinformationen, die von den jeweiligen Takten in Endgerät A und Endgerät B bezogen und in die Testdatenpakete eingestempelt werden, durch das Endgerät A verarbeitet, um ein Timing-Offset zwischen den jeweiligen Takten der Endgeräte A und B zu bestimmen. Dies wiederum ermöglicht es, einen Taktwert an einem der Takte vorherzusagen, wenn der entsprechende Taktwert des jeweils anderen Taktes vorgegeben ist.
2 der beiliegenden Zeichnungen stellt ein Zeitdiagramm für Testdatenpakete dar, die zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B übermittelt werden. In 2 wird ein erstes Testdatenpaket (T₁) von dem ersten Endgerät A zu einem Zeitpunkt t_A1senden, der von dem internen Takt des ersten Endgeräts A abgelesen wurde, gesendet. In diesem ersten Testdatenpaket (T₁) sind eine Datenpaketfolgenummer und ein Zeitstempel, der den Zeitpunkt t_A1senden angibt, enthalten. Das erste Testdatenpaket (T₁) wird an dem zweiten Endgerät B zu einem Zeitpunkt t_B1empfangen empfangen, welcher von dem internen Takt des zweiten Endgeräts B abgelesen wird.
Sobald es das erste Testdatenpaket (T₁) empfängt, fügt das zweite Endgerät B einen Zeitstempel in das Datenpaket ein, der den Zeitpunkt t_B1empfangen angibt, welcher von dem internen Takt des zweiten Endgeräts B abgelesen wird und zu dem das Datenpaket an dem Endgerät B empfangen wurde, und sendet das Paket unverzüglich zurück an das erste Endgerät A. Somit werden bei dieser Ausführungsform der Zeitpunkt, zu dem das Testdatenpaket am Endgerät B empfangen wurde, und der Zeitpunkt, zu dem das Datenpaket vom Endgerät B wieder zurückgesendet wurde, als identisch angenommen.
Das zurückgesendete erste Testdatenpaket (T₁) wird an dem ersten Endgerät A zu einem Zeitpunkt t_A1empfangen empfangen, der von dem internen Takt des ersten Endgeräts A abgelesen wird.
Die Datenpaketfolgenummer und die Zeitangaben t_A1senden, t_B1empfangen werden aus dem ersten Testdatenpaket (T₁) ausgelesen und zusammen mit dem Wert t_A1empfangen im Speicher des ersten Endgeräts A abgelegt.
Wie in 2 dargestellt werden die vorstehend beschriebenen Schritte der Reihe nach für jedes von n Testdatenpaketen wiederholt. Die Datenpakete werden von dem Endgerät A in einem gleichmäßigen Abstand gesendet. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 lediglich die Zeitwerte t_A1sendenr t_B1empfangen und t_A1empfangen für die Datenpakete mit den Datenpaketfolgenummern eins, vier und n angegeben. Die Datenpaketfolgenummern und die Zeitstempel, die in den an das erste Endgerät A zurückgesendeten Testdatenpaketen enthalten sind, werden dazu verwendet, die Zeitbasis zu erstellen, die in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt ist.
Tabelle 1
Für jedes gegebene Datenpaket mit einer Datenpaketfolgenummer i ist die Umlaufverzögerung (RTD_i, Round Trip Delay) im Netz 1 zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B gleich der Zeit, die von dem Takt des Endgeräts A ausgegeben wird, wenn das zurückgesendete Datenpaket am Endgerät A empfangen wird, abzüglich der Zeit, die von dem Takt des Endgeräts A ausgegeben wurde, als das Datenpaket ursprünglich von dem Endgerät A gesendet wurde: RTDi = tAiempfangen – tAisenden (3)
Der Pfad durch das Netz zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B ist ein Pfad mit variabler Übertragungsverzögerung. Die Zeit, die die Datenpakete benötigen, um die Sende-Strecke zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B zu durchlaufen, variiert in Abhängigkeit von einer Anzahl Faktoren, beispielsweise der Belastung des Netzes. In gleicher Weise variiert auch die Zeit, die die Datenpakete benötigen, um die Rücksende-Strecke zwischen dem zweiten Endgerät B und dem ersten Endgerät A zurückzulegen. Dementsprechend ist die Umlaufverzögerung RTD der Datenpakete, die für die Erstellung der in Tabelle 1 dargestellten Zeitbasis herangezogen wird, von Datenpaket zu Datenpaket verschieden.
Bei einer Zeitbasis, die aus einer ausreichend großen Folge von Datenpaketen erstellt wurde, kann davon ausgegangen werden, dass dasjenige Datenpaket, das die minimale Umlaufverzögerung RTD zwischen den Endgeräten A und B aufweist, auch in der Sende-Strecke und ebenso auch in der Rücksende-Strecke die minimale Übertragungsverzögerung aufweist. Ferner kann für einen symmetrischen Netzpfad zwischen dem ersten Endgerät A und dem zweiten Endgerät B angenommen werden, dass die minimale Übertragungsverzögerung in der Sende-Strecke und die minimale Übertragungsverzögerung in der Rücksende-Strecke gleich sind.
Folglich gilt, wenn die minimale unidirektionale Übertragungsverzögerung Δ_mx per Definition gleich der Hälfte der minimalen Umlaufverzögerung RTD ist, nach der Notation von Tabelle 1: Δmx = (tAmxempfangen – tAmxsenden)/2 (4)wobei der Index „mx" die Datenpaketfolgenummer eines Testdatenpakets angibt, welches eine minimale Umlaufverzögerung RTD aufweist.
Wenn das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer „mx" von dem Endgerät A an das Endgerät B gesendet würde und die Takte der beiden Endgeräte A und B synchronisiert wären, würde die Bedingung tBmxempfangen = tAmxsenden + Δmx (5)zutreffen.
Allerdings weisen, wie an früherer Stelle bereits erwähnt, zu einem beliebigen Zeitpunkt die Takte am Endgerät A und am Endgerät B ein Timing-Offset δ auf, daher trifft die Bedingung (5) nicht zu.
Stattdessen gilt, wenn δ_mx das Timing-Offset zwischen den beiden Takten zu dem Zeitpunkt, zu dem das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer „mx" an das Endgerät B gesendet wird, bezeichnet, folgende Bedingung: tBmxempfangen = tAmxsenden + Δmx + δmx (6)woraus sich ergibt: δmx = tBmxempfangen – tAmxsenden – Δmx (7)
Somit kann, indem ein Datenpaket mit einer minimalen Umlaufverzögerung RTD zwischen den Endgeräten A und B identifiziert wird, das Endgerät A die Informationen t_Amxsenden, t_Amxempfangen und t_Bmxempfangen gemäß den Gleichungen (4) und (7) verarbeiten, um δ_mx zu bestimmen.
Im Fall des Datenpakets mit der Datenpaketfolgenummer „mx" ist das Verhältnis zwischen dem Taktwert TB_mx am Endgerät B und dem Taktwert TA_mx am Endgerät A: TBmx = TAmx + δmx (8)
Wie bereits an früherer Stelle erwähnt ist in dieser Ausführungsform das Timing-Offset δ nicht konstant. Der Takt am Endgerät A und der Takt am Endgerät B arbeiten mit unterschiedlichen Taktfrequenzen, weshalb das Timing-Offset δ mit der Zeit variiert.
Es werden weitere Informationen benötigt, um das Endgerät A in die Lage zu versetzen, einen beliebigen Taktwert am Endgerät B anhand des entsprechenden simultanen Taktwertes am Endgerät A vorherzusagen. Um diese zusätzlichen Informationen zu erlangen, identifiziert das Endgerät A ein zweites Datenpaket in der Paketfolge mit einer minimalen Umlaufverzögerung RTD und wird in derselben Weise wie vorstehend bereits beschrieben ein Wert δ_my für das Timing-Offset zwischen den beiden Takten zu dem Zeitpunkt, zu dem das Datenpaket an das Endgerät B gesendet wird, bestimmt.
Da in dem hier beschriebenen Beispiel das Timing-Offset δ kein konstanter Wert ist, ist δ_mx nicht gleich δ_my. Da jedoch das Timing-Offset δ linear mit der Zeit variiert, können δ_mx und δ_my als zwei Terme in einer arithmetischen Reihe betrachtet werden.
Bei einer arithmetischen Reihe handelt es sich um eine Reihe, in der jeder Term um denselben Betrag von dem jeweils vorhergehenden Term abweicht. Der N-te Term einer arithmetischen Reihe σ_N kann ausgedrückt werden als: σN = a + Md (9)wobei „a" und „d" Konstanten sind und „M" der N-te Term einer anderen arithmetischen Reihe (beispielsweise M = 1, 2, 3 etc. oder M = 10, 20, 30 etc.) ist.
Somit lässt sich die arithmetische Reihe δ folgendermaßen ausdrücken: δ = a + Md (10)
Wenn nun δ_mx und δ_my der X-te bzw. der Y-te Term in der arithmetischen Reihe δ sind, kann δ_mx wie folgt ausgedrückt werden: δmx = a + Mxd (11)und kann δ_my ebenso ausgedrückt werden als: δmy = a + Myd (12)wobei M_x und M_y der X-te bzw. der Y-te Term in einer arithmetischen Reihe „M" sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann „M" als die einfache arithmetische Reihe 1, 2, 3... etc. angenommen werden, die definiert ist durch die Datenpaketfolgenummern der Datenpakete, die für die Erstellung der Zeitbasis zugrunde gelegt werden. Somit sind δ_mx, δ_my, M_x und M_y dem Endgerät A sämtlich bekannt, sodass das Endgerät A die Konstanten „a" und „d" gemäß folgenden Gleichungen berechnen kann:
und a = δmy – Myd (14)
Nachdem nun die Konstanten „a" und „d" berechnet sind, kann das Endgerät A anhand von Gleichung (10) den Wert jedes beliebigen Terms in der arithmetischen Reihe δ bestimmen.
Für einen gegebenen berechneten Timing-Offset-Wert δ kann das Endgerät A dann die Taktzeit am Endgerät B anhand der entsprechenden Taktzeit am Endgerät A gemäß der Gleichung (1) vorhersagen.
Wenn mehr als zwei Datenpakete in der Datenpaketfolge identifiziert werden, die eine minimale Umlaufverzögerung RTD aufweisen, werden vorzugsweise dasjenige mit der niedrigsten Datenpaketfolgenummer und dasjenige mit der höchsten Datenpaketfolgenummer ausgewählt, um für die Bestimmung von δ_mx und δ_my verwendet zu werden. Dies maximiert die Genauigkeit des vorhergesagten Wertes jedes anderen Terms in der arithmetischen Reihe δ und somit der vorhergesagten Taktzeit am Endgerät B.
Tabelle 2 enthält für eine Folge von elf Datenpaketen, die zwischen dem Endgerät A und dem Endgerät B übertragen werden, beispielhafte Messwerte für t_Asenden, t_Aempfangen, t_Bempfangen und für die Umlaufverzögerung RTD der Datenpakete.
Tabelle 2
In diesem Beispiel werden die Datenpakete mit den Datenpaketfolgenummern drei und neun von dem Endgerät A als Datenpakete mit einer minimalen Umlaufverzögerung RTD mit dem Wert 2 und somit einem minimalen unidirektionalen Übertragungsverzögerungswert von 1 identifiziert.
Für das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer 3 verarbeitet das Endgerät A die relevanten Werte von t_Bmempfangen, t_Amsenden und Δ_m entsprechend der Gleichung (7), was einen Takt-Offset-Wert δ₃ ergibt: δ3 = 94
Für das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer 9 verarbeitet das Endgerät die relevanten Werte von t_Bmempfangen, t_Amsenden und Δ_m entsprechend der Gleichung (7), was einen Takt-Offset-Wert δ₉ ergibt: δ9 = 106
Wenn das Endgerät A die Datenpaketfolgenummern 3 und 9 als geeignete Werte für M_x und M_y verwendet, dann ergibt sich, wenn in den Gleichungen (13) und (14) M_x = 3, M_y = 9, δmx = 94und δ_my = 106 gesetzt werden:
a = 94 – 3 × 2 = 88
Demnach kann gemäß Gleichung (10) das Endgerät A die Werte für „a" und „d" verwenden, um den Wert jedes beliebigen der Terme in der arithmetischen Reihe δ zu bestimmen.
Für einen gegebenen berechneten Takt-Offset-Wert δ kann das Endgerät A dann die Taktzeit am Endgerät B anhand der entsprechenden Taktzeit am Endgerät A gemäß der Gleichung (1) vorhersagen.
Beispielsweise war, als von dem Endgerät A das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer 10 gesendet wurde, der Takt an dem Endgerät A 190.
Wenn in Gleichung (10) a = 88, d = 2 und M = 10 gesetzt wird, ergibt sich: δ10 = 88 + 10 × 2 δ10 = 88 + 20 δ10 = 108und schätzt das Endgerät A entsprechend anhand von Gleichung (1) die Zeit, die von dem Takt des Endgeräts B angegeben wird, wenn der Takt am Endgerät A 190 war, wie folgt: 190 + 108 = 298
Da die Taktzeit am Endgerät B mithilfe der Taktzeit am Endgerät A vorhergesagt werden kann, lassen sich auf einfache Weise die Übertragungsverzögerung in der Sende-Strecke und die Übertragungsverzögerung in der Rücksende-Strecke für alle zwischen dem Endgerät A und dem Endgerät B übertragenen Datenpakete bestimmen. Beispielsweise wird für das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer 10 die Taktzeit am Endgerät B zu dem Zeitpunkt, zu dem das Datenpaket von dem Endgerät A gesendet wurde, mit dem Wert 298 vorhergesagt. Für die Taktzeit am Endgerät B zu dem Zeitpunkt, zu dem das Datenpaket am Endgerät B empfangen wurde, war der Wert bekanntlich 300, und somit wird die Übertragungsverzögerung in der Sende-Strecke mit dem Wert 2 berechnet. Da die Umlaufverzögerung RTD des Datenpakets mit dem Wert 4 bekannt ist, errechnet sich als Übertragungsverzögerung in der Rücksende-Strecke durch einfaches Subtrahieren der Wert 2. Alternativ kann die Übertragungsverzögerung in der Rücksende-Strecke in ähnlicher Weise berechnet werden wie die Übertragungsverzögerung in der Sende-Strecke. Für die Taktzeit am Endgerät B zum Zeitpunkt der Rücksendung des Datenpakets an das Endgerät A ist der Wert 300 bekannt. Da δ₁₀ = 108 ist, wird der entsprechende Taktwert am Endgerät A mit dem Wert 192 vorhergesagt. Die Taktzeit am Endgerät A zum Zeitpunkt des Empfangs des Datenpakets am Endgerät A ist mit dem Wert 194 bekannt, sodass sich bei Subtraktion für die Übertragungsverzögerung in der Rücksende-Strecke ein Wert von 2 ergibt.
Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass der Ausgang des Takts am ersten Endgerät selbst ebenfalls eine arithmetische Reihe ist. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform das Endgerät A an Stelle der Datenpaketfolgenummern seinen eigenen Taktausgang verwenden, um geeignete Werte für M_x und M_y bereitzustellen. Somit ergeben sich, wenn in den Gleichungen (13) und (14) M_x = 50, M_y = 170, δ_mx = 94 und δ_my = 106 gesetzt werden, folgende Werte für „a" und „d":
sowie a = 94 – 50 × 0.1 = 89.
Auch hier kann wieder, wenn als Beispiel das Datenpaket mit der Datenpaketfolgenummer 10 verwendet wird, das Endgerät A in der Gleichung (10) a = 89, d = 0,1 und M = 190 setzen, um Folgendes zu erhalten: δ190 = 89 + 190 × 0.1 δ190 = 89 + 19 δ190 = 108womit das Endgerät A mithilfe der Gleichung (1) die Zeit vorhersagt, die von dem Takt des Endgeräts B angegeben wird, wenn der Takt des Endgeräts A 190 betrug, und zwar als: 190 + 109 = 298was dem Wert entspricht, der bei Verwendung der Datenpaketfolgenummern als Werte für M vorhergesagt wurde.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen werden die Werte für t_Bmempfangen, t_Amsenden eines Datenpakets in der Sende-Strecke (also von Endgerät A an Endgerät b übertragen) entsprechend der Gleichung (7) verwendet, um einen Wert für ein Timing-Offset zu bestimmen. Es ist leicht einzusehen, dass die Werte für t_Bmsenden, t_Amempfangen eines Datenpakets in der Rücksende-Strecke (also von Endgerät B an Endgerät A zurückgesendet) in gleicher Weise verwendet werden könnten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung beinhalten das erste Endgerät A und das zweite Endgerät B Prozessoren, die dafür programmiert sind, die gewünschten Funktionen der Endgeräte, wie sie vorstehend beschrieben wurden, auszuführen.
Über längere Zeiträume hinweg kann die Frequenz der Takte an Endgeräten wie dem Endgerät A und dem Endgerät B aufgrund von externen Einflüssen wie beispielsweise der Temperatur schwanken. Daher müssen, um diesen Effekten entgegen zu wirken, in regelmäßigen Abständen neue Reihen von Testdatenpaketen zwischen den Endgeräten übertragen werden, um eine Neukalibrierung der in den Gleichungen (12) und (13) definierten arithmetischen Reihenkonstanten zu ermöglichen.
Es ist leicht einzusehen, dass sich die Werte für die minimale Umlaufverzögerung RTD je nach den Netzbedingungen ändern können, sodass die Datenpakete, die für die Berechnung der Werte von δ_mx und δ_my verwendet wurden, nicht unbedingt dieselben Werte für die Umlaufverzögerung RTD haben.
In der vorstehenden spezifischen Beschreibung werden das erste Endgerät A und das zweite Endgerät B als Personal-Computer (PCs) beschrieben. Es ist jedoch einzusehen, dass sowohl das Endgerät A als auch das Endgerät B ein Endgerät beliebiger Art sein kann, welches an ein Netz angeschaltet werden kann, beispielsweise ein Drucker, ein IP-fähiges Telefon, ein Router, ein Server oder ein spezielles Netz-Testgerät.
In dem vorstehenden spezifischen Beispiel ist das Netz 1 als ein Ortsnetz LAN eines Unternehmens dargestellt. Es ist leicht einzusehen, dass das Netz 1 jedwede Art von Netz sein kann, an das Endgeräte angeschaltet werden können, oder auch eine Kombination aus zusammengeschalteten Netzen.
Bei der Ausführungsform, die vorstehend ausführlich beschrieben wird, ist das Timing-Offset δ zwischen den Takten der Endgeräte A und B kein konstanter Wert, daher ist der gemessene Wert von δ_mx nicht gleich dem gemessenen Wert von δ_my. Bei einer alternativen Ausführungsform existiert zwischen den Takten an den Endgeräten A und B kein Frequenzversatz und bleibt somit das Timing-Offset δ konstant. Bei dieser Ausführungsform werden die gemessenen Werte von δ_mx und δ_my miteinander verglichen und wird festgestellt, dass sie denselben Wert haben, was anzeigt, dass δ konstant ist.
Bei einer Ausführungsform können die Informationen, die in den Testdatenpaketen enthalten sind, den normalen, datentragenden Datenpaketen hinzugefügt werden, die zwischen den Endgeräten A und B übertragen werden.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren können dazu eingesetzt werden, Messungen der Sende- und Empfangsverzögerungen für bidirektionale Übertragungen in Echtzeit in einem IP-Netz wie beispielsweise Sprache-über-IP (VoIP, Voice over IP) durchzuführen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für Fachleute auf diesem Gebiet der Technik von selbst, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Für den Fachmann ist leicht einzusehen, dass verschiedene Anpassungen und Modifikationen dieser Ausführungsformen realisiert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung gemäß Definition in den nachfolgenden Patentansprüchen zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Timing-Offset zwischen einem ersten Takt und einem zweiten Takt an jeweiligen ersten und zweiten Punkten in einem Kommunikationsnetz, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Senden einer Mehrzahl von Anforderungssignalen von dem ersten Punkt im Netz an den zweiten Punkt im Netz; Empfangen einer Mehrzahl von Antwortsignalen an dem ersten Punkt im Netz, welche von dem zweiten Punkt im Netz gesendet wurden, wobei jedes Antwortsignal einem jeweiligen Anforderungssignal aus der Mehrzahl von Anforderungssignalen entspricht; Identifizieren eines ersten Anforderungssignals und eines entsprechenden Antwortsignals, die eine minimale Umlaufverzögerung aufweisen; Anhand der minimalen Umlaufverzögerung Bestimmen einer minimalen unidirektionalen Übertragungsverzögerung; Schätzen eines Timing-Offset zwischen den Taktwerten des ersten Takts und des zweiten Takts bei einer ersten Instanz, wobei die Schätzung auf der minimalen unidirektionalen Übertragungsverzögerung basiert, sowie einer Sendezeit und einer Empfangszeit entweder des identifizierten Anforderungssignals oder des entsprechenden Antwortsignals, wie sie von den jeweiligen Takten an den Sende- und Empfangspunkten des Signals angegeben wird; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Identifizieren eines zweiten Anforderungssignals und eines zweiten entsprechenden Antwortsignals, welche eine andere minimale Umlaufverzögerung aufweisen; und Schätzen eines zweiten Timing-Offset zwischen den Taktwerten des ersten Takts und des zweiten Takts bei einer zweiten Instanz, wobei die Schätzung auf einer anderen minimalen unidirektionalen Übertragungsverzögerung basiert, sowie einer Sendezeit und einer Empfangszeit entweder des zweiten identifizierten Anforderungssignals oder des zweiten entsprechenden Antwortsignals, wie sie von den jeweiligen Takten an den Sende- und Empfangspunkten des Signals angegeben wird; Verwenden des ersten Timing-Offset und des zweiten Timing-Offset zum Schätzen eines dritten Timing-Offset zwischen den ersten und den zweiten Takten bei einer dritten Instanz, wobei das erste und das zweite Timing-Offset als zwei Terme in einer arithmetischen Reihe angesehen werden, um das dritte Timing-Offset zu schätzen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das dritte Timing-Offset dazu verwendet wird, den Taktwert an dem zweiten Takt bei der dritten Instanz anhand des Taktwertes an dem ersten Takt bei der dritten Instanz zu berechnen.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das dritte Timing-Offset dazu verwendet wird, eine unidirektionale Übertragungsverzögerung eines Signals zu berechnen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Antwortsignal Informationen enthält, welche die Taktzeit an dem ersten Takt zum Zeitpunkt des Sendens des Antwortsignals von dem ersten Punkt im Netz angeben.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Antwortsignal Informationen enthält, welche die Taktzeit an dem zweiten Takt zu dem Zeitpunkt angeben, zu dem das Anforderungssignal, das dem Antwortsignal entspricht, an dem zweiten Punkt im Netz empfangen wurde.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Antwortsignal Informationen enthält, welche die Taktzeit an dem zweiten Takt zum Zeitpunkt des Sendens des Antwortsignals von dem zweiten Punkt im Netz angeben.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Antwortsignal Informationen enthält, welche die Taktzeit an dem ersten Takt zu dem Zeitpunkt angeben, zu dem das Anforderungssignal, das dem Antwortsignal entspricht, von dem ersten Punkt im Netz aus gesendet wurde.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine minimale unidirektionale Übertragungsverzögerung berechnet wird als die Hälfte einer minimalen Umlaufverzögerung RTD.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nachricht und die Antwortsignale Datenpakete sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die berechnete unidirektionale Übertragungsverzögerung diejenige eines Datenpakets ist, das zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Datenpaket ein VoIP-Datenpaket ist.
Rechnerprogramm, das dafür ausgelegt ist, das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche durchzuführen, wenn es von einem entsprechend dafür ausgelegten Verarbeitungsmittel ausgeführt wird.
Verarbeitungsmittel, auf dem das in Anspruch 12 beschriebene Rechnerprogramm installiert ist.