ES2205806T3 - Procedimiento de sincronizacion en una red de comunicacion y aparatos para llevarlo a cabo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de sincronización en una red de comunicación que incluye, al menos, dos bus interconectados mediante una red de comunicación inalámbrica, estando enlazado cada uno de estos bus a la red de comunicación inalámbrica por medio de un portal, caracterizado dicho procedimiento porque incluye las etapas de: - determinación de un portal denominado servidor de ciclo y en el que un reloj propio servirá como referencia a los demás portales; - transmisión de una señal de sincronización por cada portal, en un instante predeterminado con respecto al principio de una trama, y característico de cada portal, estando definida cada trama con relación al reloj interno propio de cada portal, cuya señal de sincronización se obtiene mediante la inserción de una ventana de control; - detección por cada uno de los portales de ventanas de control de los demás portales y selección de una de las ventanas detectadas para la sincronización de un reloj propio del portal receptor con el reloj del portal servidor de ciclo, correspondiendo dicha ventana seleccionada a un portal cuyo reloj se encuentra sincronizado ya con el del portal servidor de ciclo.

Description

Procedimiento de sincronización en una red de comunicación y aparatos para llevarlo a cabo.

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de sincronización de aparatos conectados a una red de comunicación que incluye conexiones inalámbricas. Se aplica especialmente en el ámbito de una red de comunicación doméstica. La invención tiene asimismo por objeto los aparatos para ejecución de este procedimiento.

En un bus tipo IEEE 1394 descrito en la Norma IEEE 1394-1995, cada aparato ("nodo") asociado al bus estampilla los paquetes isócronos que emite con una información temporal indicando el instante en que el aparato receptor debe restituir el paquete.

Cada aparato (o "nodo") asociado al bus lleva incorporado un registro de reloj de 32 bits, incrementado a la frecuencia de reloj del bus, es decir 24,576 Mhz. Este registro (denominado "Cycle Time Register" en la norma IEEE 1394-1995) se divide en tres zonas (los 12 bits de menor peso, los 13 bits de peso intermedio y los 7 bits de mayor peso), que son luego incrementados, respectivamente, a frecuencias de 24,576 Mhz., 8 Khz. y 1 Hz.

En presencia de aparatos susceptibles de participar en un tráfico isócrono, y para realizar la sincronización de estos aparatos, uno de ellos es elegido como "aparato o nodo maestro de ciclo" ("Cycle master" según la terminología de IEEE 1394). El aparato maestro de ciclo genera un paquete de comienzo de ciclo o de trama isócrono cada 125 \mus, que corresponde a una frecuencia de 8 Khz. Este paquete contiene el valor del registro de reloj de 32 bits del aparato maestro de ciclo en el instante de la transmisión. Un aparato receptor del paquete alimenta su propio registro de 32 bits con los valores recibidos del aparato maestro de ciclo.

El documento IEEE 1394-1995 mencionado anteriormente se refiere a la arquitectura del bus serie. Se está elaborando una norma adicional, relativa a la interconexión de varios bus por medio de puentes ("bridges" según el vocabulario anglosajón utilizado normalmente). La última versión actualmente disponible de este proyecto para IEEE lleva la referencia P1394.1 Draft 0.04 y está fechada en 7 de febrero de 1999, y la versión anterior tiene fecha de 18 de octubre de 1997.

Cuando se interconectan varios bus a través de un puente, para una correcta interpretación de los marcadores temporales de los paquetes y una corrección de las desviaciones de los relojes, resulta indispensable disponer del mismo reloj en ambos lados del puente.

Con este fin, la invención tiene por objeto un procedimiento de sincronización en una red de comunicación que incluya, al menos, dos bus interconectados mediante un puente que contenga dos portales, donde cada uno de los bus se encuentra enlazado al puente por un portal, caracterizándose el procedimiento porque incluye las etapas de:

- determinación de un portal denominado servidor de ciclo y en el que un reloj propio servirá como referencia para los demás portales;

- transmisión de una señal de sincronización por cada portal en un instante determinado con respecto al comienzo de una trama y característica de cada portal, estando definida dicha trama con relación al reloj interno propio de cada portal, cuya señal de sincronización se obtiene mediante la inserción de una ventana de control;

- detección por cada uno de los portales de las ventanas de control de los demás portales y selección de una de las ventanas detectadas para la sincronización de un reloj propio del portal receptor con el reloj del portal servidor de ciclo, correspondiendo dicha ventana seleccionada a un portal cuyo reloj se encuentra ya sincronizado con el del portal servidor de ciclo.

El reloj se propaga así entre los portales de un portal vecino a otro, que se ajustan uno tras otro sobre el reloj del servidor de ciclo o sobre el correspondiente a un portal más cercano a este último y cuyo reloj se encuentra ya sincronizado, al menos parcialmente.

Según el modo de realización preferente de la invención, una ventana de control incluye al menos una parte de un valor del reloj del portal emisor de dicha ventana de control, siendo dicho valor el del reloj en el instante de transmitir dicha ventana de control, siendo utilizado dicho valor transmitido por el portal receptor para actualizar el valor de su propio reloj.

Según un modo de realización de la invención, el valor de reloj transmitido por un portal contiene una corrección para compensar el tiempo de tratamiento de la ventana de control de la transmisión.

Según un modo de realización de la invención, el valor de reloj recibido por un portal se corrige, antes de actualizar el reloj propio, para tener en cuenta el tiempo de tratamiento en recepción de dicho portal.

Según un modo de realización de la invención, dicho valor de reloj se divide en varios grupos de bits transmitidos en ventanas de control sucesivamente transmitidas por un mismo portal.

Según un modo de realización de la invención, el procedimiento incluye además, para cada portal, la etapa de determinación de su distancia con respecto al portal servido de ciclo, estando definida dicha distancia de un portal como el número mínimo de portales repetidores necesarios para que una información procedente del portal servidor de ciclo llegue a dicho portal dado.

Según un modo de realización de la invención, la ventana de control elegida por un portal dado para sincronizarse es la ventana de control de un portal que se encuentra a menor distancia de todas las ventanas de control recibidas por dicho portal dado.

Según un modo de realización de la invención, el procedimiento incluye también la etapa de bloqueo de un bucle de bloqueo de fase de un portal receptor en el instante de recepción de la ventana de control seleccionada, siendo utilizado dicho bucle de bloqueo de fase para aumentar un registro que incluye el valor de reloj propio de dicho portal.

Según un modo de realización de la invención, el procedimiento incluye también la etapa de selección de un nodo maestro de ciclo de la red de comunicación completa entre los nodos conectados a la red, siendo el portal servidor de ciclo el portal conectado al bus al que se encuentra asimismo conectado dicho nodo maestro de ciclo de la red, sincronizándose el reloj propio de dicho portal servidor de ciclo, con un reloj de dicho nodo maestro de ciclo de la red.

Según un modo de realización de la invención, al ser los bus de comunicación del tipo IEEE 1394, la sincronización del portal servidor de ciclo con el nodo maestro de ciclo de la red se realiza mediante paquetes de comienzo de ciclo, emitidos por dicho nodo, siendo la frecuencia de transmisión de tramas en la parte inalámbrica de la red un submúltiplo de la frecuencia de transmisión de los paquetes de principio de ciclo.

Según un modo de realización de la invención, el reloj propio de un portal, que no es el portal servidor de ciclo, es utilizado para sincronizar el bus al que se encuentra conectado dicho portal.

La invención tiene también por objeto un aparato para hacer de interfaz entre un bus cableado y una red de comunicación inalámbrica, que se caracteriza porque incluye:

- medios de recuperación de reloj a partir de dicho bus cableado, comprendiendo estos medios de recuperación, un bucle de bloqueo de fase para su bloqueo mediante una señal periódica que circula por el bus cableado y un contador para contener un valor absoluto de reloj propio, encontrándose conectado dicho contador a un reloj derivado del bucle de bloqueo de fase para el incremento de dicho contador, cuyo valor absoluto se encuentra sincronizado con el de un nodo conectado al bus cableado;

- medios de transmisión periódica a la red de comunicación inalámbrica de una ventana de control que sirve como referencia temporal para los otros aparatos conectados a la red inalámbrica, encontrándose asociada la generación de dicha ventana al estado de dicho contador, incluyendo dicha ventana de control una información relativa al estado de dicho contador en el instante de la transmisión de dicha ventana de control.

La invención tiene también por objeto un aparato para hacer de interfaz entre un bus cableado y una red de comunicación inalámbrica, que se caracteriza porque incluye:

- medios de recuperación de reloj a partir de una señal transmitida en dicha red de comunicación inalámbrica, incluyendo dichos medios de recuperación un bucle de bloqueo de fase y un registro de reloj propio;

- medios (\mu') de selección de una ventana de control entre la pluralidad de ventanas de control transmitidas por la red inalámbrica;

- medios (41) de extracción de una sincronización de dicha ventana de control para alimentar el referido bucle de bloqueo de fase;

- medios (47) de extracción de la información relativos al valor absoluto de un reloj de referencia de dicha ventana de control y de actualización del registro de reloj propio antes mencionado.

Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción de un ejemplo de realización particular no limitativo, ilustrado mediante las figuras adjuntas, en las que:

- la figura 1 es un diagrama que representa tres bus IEEE 1394 enlazados por un puente constituido por tres portales que se comunican entre sí mediante transmisión inalámbrica,

- la figura 2 es un diagrama que ilustra la demora de fase introducida por la transmisión de un paquete asíncrono,

- la figura 3 es un esquema funcional de los circuitos de un puente que recibe los datos de un bus, transmitiéndolos a la "red inalámbrica",

- la figura 4 es un esquema funcional de los circuitos de un puente que recibe los datos de la "red inalámbrica", transmitiéndolos a un bus,

- la figura 5 es un esquema de un circuito de restitución de un reloj de 8 Khz. a partir de un reloj de 8/N Khz.,

- la figura 6 es un diagrama de una trama utilizada en el ejemplo de realización.

Pese a que el ejemplo de realización se refiere a los bus IEEE 1394 y que la descripción utiliza determinados términos extraídos de la terminología asociada a este tipo de bus, la invención no se limita al bus IEEE 1394 y puede aplicarse en otros ámbitos.

La red de la figura 1 contiene tres bus tipo IEEE 1394, referenciados con 1, 2 y 3, interconectados por una red inalámbrica 5 a la que están respectivamente enlazados los bus mediante los nodos denominados "portales" ("portals" según la terminología adoptada por el documento P1394.1) WL1, WL2 y WL3. Los portales se comunican entre sí mediante transmisión inalámbrica, en radiofrecuencias según el presente ejemplo de realización. Se considera que el conjunto de portales constituye lo que denominaremos de ahora en adelante un "puente" inalámbrico, que realiza la interconexión con el bus.

Cada uno de estos portales son igualmente miembros de uno de los bus cableados, por lo que constituyen nodos en el sentido de la norma IEEE 1394 igual que el resto de los aparatos conectados a los bus. Con objeto de sincronizar el conjunto de la red, uno de los aparatos conectados a uno de los bus se elige como "aparato maestro de ciclo de la red" ("net cycle master" en inglés). Hay que destacar que esta noción es más amplia que la de "maestro de ciclo" que se limita a un bus. Este aparato lleva la referencia 4 en la figura 1. El aparato maestro de ciclo de la red, que puede ser también uno de los portales, se designa por el gestor del puente ("prime portal" según la terminología IEEE P1394.1) entre los aparatos maestros de ciclo de diferentes bus cableados. El aparato maestro de ciclo de la red puede, a título de ejemplo, ser el de los aparatos que tienen potencialmente esta capacidad y que posean el número de serie o de identificación más grande.

El portal que es el aparato maestro de ciclo de la red o el portal conectado al bus al que se encuentra conectado el aparato maestro de ciclo de la red, es designado con el nombre de "servidor de ciclo" ("cycle server" en inglés). El servidor de ciclo es el encargado de transmitir a los demás portales el reloj procedente del aparato maestro de ciclo de la red. Los aparatos maestros de ciclo de otros bus se acompasarán al reloj recibidos de sus portales.

Según un modo de realización particular de la invención, cada uno de los nodos está provisto de un registro en el que dos indicadores señalan, el primer indicador si el nodo es maestro de ciclo del bus y, el segundo indicador, si el nodo es maestro de ciclo de la red. De este modo, a cada portal le basta leer este registro en el maestro de ciclo de su bus (el identificador del nodo, denominado "node id" del maestro de ciclo es conocido y tiene el valor 0). El portal que determina que el maestro de ciclo de su bus es el maestro de ciclo de la red se convierte entonces en el maestro de ciclo de la red inalámbrica.

La red inalámbrica utiliza un mecanismo TDMA (de "Time División Multiplex Access" en inglés) para acceder al canal de transmisión. Este mecanismo de acceso ha sido objeto de una solicitud de patente francesa presentada a nombre de la solicitante el mismo día de presentación de la petición de prioridad de prioridad de la presente solicitud (21 de abril de 1998), y que tiene como número de registro de entrada FR 9804983. Paralelamente, el mecanismo de acceso de un nodo a un bus IEEE 1394, en sí mismo, está definido de forma más detallada en la documentación IEEE relativa a esa norma y a la que nos referiremos si fuera preciso.

Una trama TDMA se subdivide en ventanas durante las que los portales pueden transmitir. La asignación de una o varias ventanas a un portal se realiza mediante un mecanismo de reserva que permite que un portal exprese sus necesidades de transmisión y los compare con las necesidades de los otros portales para un reparto óptimo del canal inalámbrico. La reserva se realiza a través de las denominadas ventanas de control. Una ventana, ya sea de control o de datos, es un intervalo de tiempo predeterminado cuyo comienzo está determinado relativamente con respecto al comienzo de la trama. Una ventana de control por trama es asignada a cada aparato susceptible de transmitir. La información transmitida por un portal en su ventana de control es retomada y propagada en las ventanas de control de los demás portales. De este modo, incluso para conectividad incompleta (es decir, cuando no existe enlace directo entre dos portales al menos), las informaciones de control se propagan por toda la red inalámbrica.

La figura 6 ilustra el formato de una trama y de una ventana de control entre las presentes en una trama.

La trama DMA se compone de una zona de n ventanas de control FCm y una zona de ventanas de datos D, donde n es el número de portales del puente inalámbrico. Cada ventana de control FCm lleva una denominada ventana fija F, seguida de n denominadas ventanas repetidas Cm,p. Las ventanas repetidas Cm,p guardan el mismo orden en una ventana de control que las ventanas de control en una trama. Dicho de otro modo, si un portal X emite la ventana de control FC2, en ese caso las ventanas repetidas Cm,2 de otras ventanas de control quedarán reservadas para la repetición de los datos de control del portal X.

Aunque en el ejemplo que ilustra la figura 6 todas las ventanas de control sean contiguas, ese no tiene que ser necesariamente el caso: las ventanas de control y de datos pueden estar entremezcladas. La limitación principal es que cada uno de los portales tiene que conocer la posición en la trama de las ventanas de control, lo mismo que la correspondencia de cada ventana de control con cada portal. A modo de ejemplo práctico, las ventanas de control están numeradas por orden creciente, presentándose en las tramas por este orden. Cada portal tiene asimismo un número de orden único que lo identifica en el ámbito del puente inalámbrico. Un portal utiliza la ventana de control que corresponde a su propio número único.

La ventana de control FCm es la transmitida por el portal m. La ventana fija de la ventana de control FCm contiene informaciones destinadas a los portales vecinos al portal emisor m. El contenido de esta ventana fija no es repetida por los portales que la reciben. Normalmente, la ventana fija contiene la dirección del portal emisor y la distancia del portal al servidor de ciclo, así como una petición de reserva de ventanas de datos en modo "contención".

La ventana repetida Cm,m de la ventana de control FCm contiene datos que indican si el portal m es servidor de ciclo de la red, así como, en su caso, una petición de reserva en modo "isócrono" o en modo "asíncrono" de ventanas de datos.

Las demás ventanas repetidas de la ventana de control FCm llevan incorporados los contenidos de las ventanas de control recibidas directa o indirectamente de portales distintos del portal m. Un portal sólo repite una vez los datos de control de otro portal. Para ello, cada portal memoriza el contenido de las ventanas de control recibidas de los otros portales y comprueba que no los haya repetido ya, antes de volverlos a copiar en su propia ventana de control.

Están previstos tres mecanismos de reserva de ventanas de datos:

\bullet Un mecanismo de reserva isócrono: cuando un portal desea transmitir un flujo isócrono (relativo a un caudal conocido y constante) emite en su ventana de control un dato que indica el número de ventanas que calcula que va a necesitar por cada trama. Esta reserva es válida para las tramas futuras, hasta que se anule la reserva.

\bullet Un mecanismo de reserva asíncrono: por cada trama, un portal emite en su ventana de control un dato que indica el número de ventanas que desea reservar en la trama actual. La reserva no es válida más que para una trama y debe renovarse para otras tramas, si fuera preciso.

Según los anteriores mecanismos de reserva, cada portal de la red se encarga de repetir en su propia ventana de control durante las futuras tramas las reservas de ventanas que se realicen por cada uno de los demás portales conectados a la red inalámbrica, tal y como han sido precedentemente trasmitidos en la ventana de control reservada a cada uno de dichos portales. Cada aparato deduce a continuación, de estas peticiones así como de reglas inequívocas, cual habrá de ser la ocupación real de la próxima trama. Las reglas inequívocas que no constituyen el objeto de la presente solicitud, sirven para determinar que portal es el que debe transmitir cuando ha habido contención en la reserva. Un aparato no utiliza de hecho el número de ventanas reservadas más que cuando está seguro, por una parte, de que todos los aparatos conectados a la red inalámbrica han recibido correctamente la información, (lo que va a depender de la configuración de la red) y, por otra parte, que es él el que está autorizado a transmitir (si ha habido contención en la reserva).

\bullet Se prevé finalmente un último mecanismo denominado de contención. A partir de la configuración de la red (y de los sucesivos rebotes que se precisan para la difusión de las reservas), un portal puede tener que esperar un determinado número de tramas entre el instante de la reserva y el instante del envío efectivo de datos. Puede darse el caso, no obstante, de que la trama siguiente aparezca poco cargada. En ese caso, se puede utilizar el mecanismo de contención. El portal tiene que utilizar la ventana de control para indicar el número de ventanas que va a utilizar: se trata de ventanas que aún no han sido reservadas. Inserta sus datos en la misma trama que su ventana de control, en ventanas de datos que siguen a su propia ventana de control. Está claro que si dos portales realizan la misma transmisión al mismo tiempo se producirá una colisión. Por ello, la fase de transmisión deberá ir acompañada de una fase de acuse de recibo, generada por el destinatario.

La red inalámbrica utiliza una trama isócrona acompasada a un submúltiplo del reloj de 8 Khz., es decir, un reloj de 8/N Khz. De forma ventajosa, se tomará para N una potencia p de dos y, según el presente ejemplo de realización, un máximo de p=6. El reloj se obtiene tomando los 13-p bits de la segunda zona del registro de reloj. Este reloj se obtiene en un principio, de acuerdo con la norma IEEE 1394, por el puente WL1 (servidor de ciclo) conectado al bus al que se encuentra asociado el aparato maestro de ciclo de la red 4.

Se escoge un reloj 8/N Khz. con objeto de reducir en las tramas la banda de transmisión dedicada a los datos de control con respecto a los datos útiles. Según el presente ejemplo, N es igual a 8. A causa de las retenciones de transmisión propias de la técnica TDMA (donde uno de los problemas críticos es el control automático de ganancia ("CAG") en el lado receptor que debe realizarse cada vez que cambia el emisor, con lo que el CAG requiere la inserción de un tiempo muerto de 2 a 3 \mus antes de cada trama), la duración de una trama no puede ser inferior a un determinado valor. Se considera que una duración de 5\mus es el valor mínimo para no perder demasiada eficacia en la transmisión. Como ya se ha mencionado, las ventanas de control sirven para indicar en la trama a los demás portales las intenciones de transmisión de cada portal. De ello se desprende que es preciso que exista una ventana de control por portal y trama. Estas limitaciones hacen que la pérdida de banda de transmisión (información de control/informaciones útiles) resulte mayor en una trama corta. El empleo de una trama acompasada a un reloj de 8/N Khz. permite reducir esta pérdida de banda de transmisión.

La norma IEEE 1394 prevé que el acceso al soporte de transmisión se realice de acuerdo con un principio de arbitraje. Un nodo maestro (elegido al arrancar un bus) tiene el papel de árbitro para decidir acerca del acceso de otros nodos al bus. Sin embargo, la norma no prevé la noción de ventanas de datos para la transmisión de datos asíncronos. De este modo, cuando se envía una transferencia asíncrona después de una negociación para conseguir el bus, no se conoce de antemano la duración de dicha transferencia. De ahí que se puede tener un nodo en espera durante un intervalo de duración variable cuando solicita la obtención del bus.

En el instante de la transmisión del reloj del bus, el nodo maestro tiene que generar un impulso de sincronización cada 125 \mus. Esto se realiza mediante el envío de un paquete ("Cycle start packet" o CSP) cuyo comienzo constituye el impulso de sincronización. Sin embargo, puede ocurrir que el bus se encuentre ocupado en el instante en que el maestro de ciclo del bus debe generar el paquete. Este último tiene, pues, que esperar al final de la transmisión en curso para lograr el acceso al bus. Entonces, inserta en el paquete emitido el valor de su registro de tiempo para que los otros nodos puedan alimentar su reloj con arreglo a su referencia y realizar la corrección que sea necesaria. Esta demora a principio del paquete (calculada en un máximo de 78 \mus) se corresponde con la duración máxima de un paquete asíncrono tal como se define en el documento IEEE 1394 y a la duración de la fase de acuse de recibo mencionada en el anexo E del mismo documento. La figura 2 ilustra la influencia de la demora en la transmisión del paquete de comienzo de trama. Además, según el ejemplo de la figura 2, las ventanas de control de los portales son repartidas en el conjunto de la trama TDMA de la red inalámbrica y no están concentradas al principio de ella como en el ejemplo de la figura 6 anteriormente descrita.

La transmisión del reloj en un bus IEEE 1394 incluye dos aspectos: la transmisión de la frecuencia de reloj (8 Khz.), y la transmisión del tiempo en valor absoluto, en forma de valores del registro de tiempo. De acuerdo con el estándar IEEE 1394, se prevé la realización de esos dos aspectos al mismo tiempo: cada 125 \mus, el nodo maestro de ciclo de la red genera un paquete que contiene el valor de su registro de tiempo en el instante de la transmisión (ello por motivo de la demora del bus).

Según la invención, en el instante de la transmisión del reloj en la red inalámbrica, es decir, más allá del bus 1394 al que se encuentra enlazado el maestro de ciclo de la red, se disocian estos dos aspectos (transmisión de la frecuencia y transmisión del valor absoluto del reloj).

Ante todo, por lo que respecta a la transmisión del reloj en la red inalámbrica, se pueden dar dos casos: o bien que el portal que determina el reloj de la parte inalámbrica de la red se encuentre conectado al aparato maestro de la red mediante un bus IEEE 1394, o bien que él mismo sea ese aparato maestro de ciclo de la red.

En el primer caso, puede existir una demora máxima de 78 \mus al comienzo del paquete de comienzo de ciclo ("cycle strat packet") enviada al portal "servidor de ciclo" por el aparato maestro de la red: esta es la demora, cuyo origen se ha explicado con ayuda de la figura 2. Según el presente ejemplo de realización la inserción de la ventana de control en la trama no arranca directamente por la recepción del paquete de comienzo de ciclo en el bus cableado, sino determinada más bien por el registro de tiempo del portal servidor de ciclo. Si suponemos que una trama TDMA comienza cada 1 ms, en ese caso, una trama TDMA tiene que empezar cada 131047 pulsos de reloj. Se elimina de este modo la demora en el ritmo transmitido, acompasando el comienzo de la trama TDMA en la red inalámbrica al reloj del portal servidor de ciclo. Hay que tener en cuenta que el registro de tiempo del portal se alimenta, no obstante, cada 125 \mus con los valores recibidos de paquetes de comienzo de ciclo del nodo maestro de la red, de manera idéntica a cualquier otro nodo de un bus cableado IEEE 1394.

En el caso que el portal servidor de ciclo sea el aparato maestro de la red, no existirá demora del tipo aquí descrito. El reloj del portal servidor de ciclo funciona libremente.

La figura 3 representa los circuitos de conexión al bus IEEE 1394 cableado y la parte de transmisión de un portal. El portal lleva incorporados un interfaz físico 30, un circuito de desmodulación y de decodificación de canal 31 que extrae los valores de los bits del registro de reloj de paquetes de comienzo de ciclo ("Cycle start packets" según la terminología del documento IEEE 1394), una base de tiempo 32 constituida por el registro de reloj del portal, aumentada al ritmo de un reloj interno que lleva incorporado un bucle de bloqueo de fase provisto de un oscilador de frecuencia de base 24,576 HMS y que pueda bloquearse en los paquetes de comienzo de ciclo del bus cableado, una pila FIFO asíncrona 33 para contener los datos útiles para la transmisión de paquetes asíncronos, una pila FIFO isócrona 34 para contener los datos útiles para la transmisión isócrona en las ventanas isócronas de tramas TDMA, así como un circuito 35 de inserción de datos de control, principalmente datos destinados a la ventana de control de la trama TDMA reservada al portal. Este último circuito 35 inserta también la palabra de sincronización al principio de su ventana de control. Las dos pilas FIFO 33 y 34, así como el circuito de inserción 35 están todos ellos conectados a un circuito de codificación de canal y de modulación (solo está referenciado el circuito 37), después a un multiplexor 36 controlado por un microprocesador \mu que gestiona también las compensaciones de los retardos de tratamiento que se describen a continuación. Las distintas conexiones del microprocesador, que es el responsable del conjunto de la gestión del portal, no están ilustradas en la figura 3 para no entorpecer la claridad del esquema. El circuito 36 realiza también el ensamblado de la trama TDMA. Una interfaz analógica 39 efectúa el enlace en radiofrecuencia con la red inalámbrica y, principalmente, las trasposiciones hacia la banda de frecuencias requerida.

Se ha comprobado que el tiempo de tratamiento en la transmisión o en la recepción en la parte inalámbrica de la red no se debe descuidar con respecto al marcaje temporal de los paquetes de datos. Este retardo se debe a la modulación y a la codificación de canal en el emisor, y a la decodificación de canal y a la desmodulación en el receptor. Según el presente ejemplo de realización, este tiempo de tratamiento es compensado tanto por lo que respecta al emisor como al receptor. Un portal emisor que cuenta con un tiempo de tratamiento sensiblemente fijo, añade el número de impulsos de reloj correspondiente a ese tiempo de tratamiento al valor de reloj de su registro de tiempo, de manera que el valor de reloj incluido en la ventana de control corresponde al instante de la transmisión efectiva de la ventana de control. Del mismo modo, un portal receptor añade, a los valores de reloj dados, el número de impulsos de reloj correspondiente a su tiempo de tratamiento. Se pueden memorizar los tiempos de tratamiento en el instante de la transmisión y de la recepción en unos registros dentro de cada portal.

A continuación se describirá la recuperación de la frecuencia de reloj, después la recuperación de los valores de reloj con relación a cada portal.

En otro portal que no sea el portal servidor de ciclo, la recuperación del ritmo de reloj se realiza por medio de un bucle de bloqueo de fase que lleva incorporado un oscilador controlado de frecuencia de base 24,576 HMS.

La figura 4 es un esquema de los circuitos de recepción y de conexión a un bus 1394 de uno de los portales de la figura 1. El portal de la figura 4 contiene un interfaz analógico 40 para la recepción de señales RF que efectúa, principalmente, las trasposiciones a la banda de frecuencia de base; un extractor 41 de sincronización de paquetes que recupera los comienzos de las ventanas de control y alimenta un bucle de bloqueo de fase 42 para restablecimiento del reloj 8 Khz. a partir de los comienzos de las ventanas de control generadas con una frecuencia de 8/N Khz.; un circuito 43 de desmodulación y de decodificación de canal del contenido de la trama, ésta última demultiplexada mediante un demultiplexor 44 conectado a una pila FIFO asíncrona 45, una pila FIFO isócrona 46 y una memoria de datos de control 47 que lleva incorporado también un registro de tiempo del portal. El portal incluye, igualmente, un circuito 48 de enlace IEEE 1394 y un interfaz físico 49 con el bus IEEE 1394 cableado, asociado al portal. En último lugar, el portal cuenta con un microprocesador \mu'.

La figura 5 es un esquema del circuito 42 de la figura 4. Lo valores numéricos que aparecen en la figura se ofrecen a modo de ejemplo. El reloj de 8 Khz. restituido debe tener una demora comparable a la demora de reloj 8 Khz. de un bus IEEE 1394 cableado, alimentada esta última por los paquetes de comienzo de ciclo a la frecuencia de 8 Khz., en lugar de 8/N Khz. para los portales de la red inalámbrica. Esta demora corresponde a +/- ½ periodo de 24.576 MHz.

En el curso de una trama, cada portal recibe de forma inteligible unas ventanas de control desde uno o varios de los demás portales. No recibe necesariamente las ventanas de control de cada uno de los demás portales, dado que la conectividad de la parte inalámbrica de la red no es completa. El portal selecciona una de las ventanas de control recibidas, primando la ventana que contenga la menor distancia con respecto al portal servidor de ciclo conectado al mismo bus que el aparato maestro de ciclo de la red. Es ésta la ventana de control que utiliza el portal para sincronizar su propio reloj. Cada ventana de control incluye una palabra de sincronización que permite identificar el comienzo, y lleva incorporada en su ventana fija la identificación del emisor, así como la distancia de éste con respecto al portal servidor de ciclo. Cada vez que la ventana de control seleccionada es identificada por el portal, este último genera un impulso de destino de su bucle de bloqueo de fase.

Se define la distancia entre un portal de la parte inalámbrica de la red y el portal que genera la referencia temporal de esta parte inalámbrica de la red (portal servidor de ciclo) como el número mínimo de "saltos" entre ese portal y el portal servidor de ciclo. Se trata, en el presente ejemplo de realización, del número de tramas TDMA necesarias para que el contenido de la ventana de control del portal servidor de ciclo llegue a otro portal. De modo práctico, los portales que pueden alcanzarse por enlace inalámbrico directamente por el portal servidor de ciclo se encuentran a la distancia "1" de este último. Los portales incluyen en su ventana de control la distancia que los separa del portal servidor de ciclo. Un portal elige la distancia menor, de entre todas las distancias que recibe de forma inteligible en sus ventanas de control. Esta distancia, incrementada en 1, es su propia distancia con respecto al portal servidor de ciclo. Las distancias se transmiten en todas las ventanas de control. El portal servidor de ciclo tendrá una distancia de 0.

De manera ventajosa, la sincronización se realiza siempre a partir de una misma ventana de control, siempre que se reciba de forma inteligible. De este modo, el tiempo de recorrido no varía de trama a trama.

La transmisión y la extracción del valor de reloj transmitido por el portal servidor de ciclo se efectúa de la siguiente manera:

En la trama de la red inalámbrica, la posición y el tamaño de cada ventana de control son fijas, de manera que no hay demora al comienzo de una ventana de control Cm de una a otra trama. De ello resulta que la transmisión de los pesos menores del registro de tiempo del portal servidor de ciclo (correspondiente al reloj 24.576 HMS) es inútil.

En sí misma, la sincronización de valores de reloj de portales resulta necesaria para realizar una correcta interpretación de las etiquetas temporales definidas en el estándar IEC 61883.

Existen dos posibilidades para transmitir este valor de tiempo:

\bullet Que el portal servidor de ciclo envíe explícitamente el valor necesario de su registro de tiempo al detectar este suceso (es decir, los 7 bits de mayor peso describen los segundos, y los (13-N) bits de peso intermedio describen el valor del contador 8/N Khz.).

Por lo tanto, resulta inútil transmitir un valor de tiempo completo no siendo en el instante de arrancar un nodo, para que pueda adquirir el valor absoluto que se encuentra en el registro del portal servidor de ciclo: transmitirla a todas las ventanas de control exigiría demasiada banda de transmisión.

\bullet Que el portal servidor de ciclo envíe permanentemente en su ventana de control un subconjunto de bits de su registro de tiempo, desplazándolos en cada trama. Esto puede llevarse a cabo de la siguiente manera: se destinan a ello 2 bits de cada ventana fija de cada ventana de control: el primer bit indica si el segundo bit es el bit de menor peso del valor de reloj (bits que no se transmiten aparte, -véase más adelante) o si se trata de cualquier otro bit. El segundo bit es un bit del valor de reloj. Los valores de bits actuales se transmiten desde el peso menor al peso mayor. De este modo, un portal que pretenda inicializarse espera la señal que le indique la presencia del bit de menor peso, y comienza la regeneración de su registro de tiempo bit a bit al hilo de las tramas, avanzando hacia los pesos mayores. Es importante que, incluso mientras se regenera el registro, éste continúe incrementándose al ritmo de reloj local generado por el bucle de bloqueo de fase.

Si se tiene en cuenta que cada 1 Khz. se transmite una trama TDMA, en ese caso, sólo son significativos los 17 bits de mayor peso del registro de tiempo y serán transmitidos efectivamente con arreglo a la segunda posibilidad.

Los 12 bits de la zona de peso menor, así como los p bits de peso menor de la parte media del registro de reloj del portal son determinados por el propio portal, en función de su tiempo de tratamiento propio.

En el lado emisor, se considera que esta zona de 12 bits no emitida se encuentra a 0 en el instante de transmisión de una ventana. Para compensar el tiempo de tratamiento en la transmisión, la transmisión arranca antes, con un cierto número de impulsos preestablecido, de que el contador alcance el valor correspondiente a la zona de 12 bits nulos. El tiempo de tratamiento en la transmisión viene determinado por unos mecanismos de calibración, por ejemplo, en el instante de la concepción del emisor.

En el lado receptor, se realiza una corrección similar del tiempo de tratamiento en recepción.

En resumen, la propagación del reloj por la red inalámbrica se realiza con arreglo al siguiente mecanismo:

Cada portal dispone de un registro de tiempo. Este registro de tiempo es utilizado por cada portal para iniciar la transmisión de su propia ventana de control dentro del marco de una trama TDMA.

Cada portal realiza un ajuste de su registro de tiempo. Este ajuste dependerá de la topología de la red: si el portal es el aparato maestro de ciclo de la red, en ese caso, no se realiza el ajuste en su registro de tiempo. Si el portal se encuentra conectado al mismo bus IEEE 1394 que su aparato maestro de ciclo de la red (y es el único portal en ese bus, de otro modo hay que prever una resolución de contención en los portales precedentes), entonces el portal, denominado "servidor de ciclo de la red", alimenta su registro de tiempo con los paquetes de comienzo de ciclo recibidos de su bus (como cualquier nodo "esclavo de ciclo" IEEE 1394). En los restantes casos, el portal debe ajustar su registro de tiempo a la recepción de la ventana de control que se encuentre a menor distancia del portal "servidor de ciclo".

El reloj recuperado así por cada portal se utiliza por el bus al que se encuentra conectado el portal.

A pesar de que los circuitos de recepción y de transmisión de las figuras 3 y 4 aparezcan representadas por separado en la descripción, se entiende que estos circuitos pueden estar integrados en un único aparato emisor/receptor en la red inalámbrica. Resulta evidente que, en ese caso, algunos de los elementos de esos circuitos no tienen por qué estar desdoblados: microprocesador, circuito 1394 físico, etc. Gestionan tanto la recepción como la transmisión. Se encuentra al alcance del técnico en la materia modificar y combinar los circuitos de recepción y de transmisión en un solo aparato sin introducir redundancia.

Claims (14)

1. Procedimiento de sincronización en una red de comunicación que incluye, al menos, dos bus interconectados mediante una red de comunicación inalámbrica, estando enlazado cada uno de estos bus a la red de comunicación inalámbrica por medio de un portal, caracterizado dicho procedimiento porque incluye las etapas de:

- determinación de un portal denominado servidor de ciclo y en el que un reloj propio servirá como referencia a los demás portales;

- transmisión de una señal de sincronización por cada portal, en un instante predeterminado con respecto al principio de una trama, y característico de cada portal, estando definida cada trama con relación al reloj interno propio de cada portal, cuya señal de sincronización se obtiene mediante la inserción de una ventana de control;

- detección por cada uno de los portales de ventanas de control de los demás portales y selección de una de las ventanas detectadas para la sincronización de un reloj propio del portal receptor con el reloj del portal servidor de ciclo, correspondiendo dicha ventana seleccionada a un portal cuyo reloj se encuentra sincronizado ya con el del portal servidor de ciclo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque una ventana de control incluye, al menos, una parte del valor del reloj del portal emisor de dicha ventana de control, siendo dicho valor el del reloj en el instante de la transmisión de dicha ventana de control, cuyo valor transmitido es utilizado por el portal receptor para actualizar el valor de su reloj propio.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el valor de reloj transmitido por un portal incluye una corrección para compensar el tiempo de tratamiento en transmisión de la ventana de control.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque el valor de reloj recibido por un portal se corrige, antes de actualizar el valor del reloj propio, para tener en cuenta el tiempo de tratamiento en recepción de dicho portal.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho valor de reloj se fragmenta en varios grupos de bits de, al menos, un bit cada uno transmitidos en ventanas de control sucesivas transmitidas por un mismo portal.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, además, la etapa de determinación por cada portal de su distancia con respecto al portal servidor de ciclo, estando definida dicha distancia de un portal dado como el número mínimo de portales repetidores requeridos para que una información procedente de un portal servidor de ciclo llegue a dicho portal dado.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la ventana de control elegida por un portal dado para sincronizarse es la ventana de control de un portal que tenga la menor distancia entre las ventanas de control recibidas por referido portal dado.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, además, la etapa de bloqueo de un bucle de bloqueo de fase de un portal receptor, en el instante de la recepción de la ventana de control seleccionada, siendo utilizado dicho bucle de bloqueo de fase para aumentar un registro que incluye el valor de reloj propio de dicho portal.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque incluye, además, la etapa de selección, entre los nodos conectados a la red, de un nodo maestro de ciclo de toda la red de comunicación, siendo el portal servidor de ciclo el portal conectado al bus al que dicho nodo maestro de ciclo de la red se encuentra asimismo conectado, sincronizando dicho portal servidor de ciclo su reloj propio con el reloj de dicho nodo maestro de ciclo de la red.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque, siendo el bus de comunicación un bus tipo IEEE 1394, la sincronización del portal servidor de ciclo, en el nodo maestro de ciclo de la red, se realiza por medio de paquetes de comienzo de ciclo emitidos por dicho nodo, siendo la frecuencia de transmisión de tramas en la parte inalámbrica de la red un submúltiplo de la frecuencia de transmisión de los paquetes de comienzo de ciclo.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utiliza el reloj propio de un portal, que no es el portal servidor de ciclo, para sincronizar el bus al que dicho portal se encuentra conectado.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los portales se comunican mediante tramas tipo TDMA.

13. Aparato para hacer de interfaz entre un bus cableado y una red de comunicación inalámbrica, caracterizado porque incluye:

- unos medios (30, 31 y 32) de recuperación de reloj a partir de dicho bus cableado, incluyendo estos medios de recuperación, un reloj interno propio y un contador para incluir un valor absoluto de reloj propio, encontrándose asociado dicho contador a un reloj propio para incrementar dicho contador, el valor absoluto de cuyo contador se encuentra sincronizado con el de un nodo conectado al bus cableado;

- medios de transmisión periódica hacia la red de comunicación inalámbrica de una ventana de control que sirve como referencia temporal para los otros aparatos conectados a la red inalámbrica, encontrándose asociada la generación de dicha ventana al estado de dicho contador, incluyendo dicha ventana de control una información relativa al estado de dicho contador en el instante de la transmisión de dicha ventana de control.

14. Aparato para hacer de interfaz entre un bus cableado y una red de comunicación inalámbrica, caracterizado porque incluye:

- medios (40, 41, 42, 47) de recuperación de reloj a partir de una señal transmitida en dicha red de comunicación inalámbrica, incluyendo dichos medios de recuperación un bucle de bloqueo de fase y un registro de reloj propio;

- medios (\mu') de selección de una ventana de control entre una pluralidad de ventanas de control transmitidas por la red inalámbrica;

- medios (41) de extracción de una sincronización de dicha ventana de control para alimentar el referido bucle de bloqueo de fase;

- medios (47) de extracción de información relativos al valor absoluto de un reloj de referencia de dicha ventana de control y de actualización del citado registro de reloj propio.