ES2824511T3

ES2824511T3 - Sincronización de reloj en redes de comunicaciones de malla inalámbrica

Info

Publication number: ES2824511T3
Application number: ES17730547T
Authority: ES
Inventors: Ray Mcconnell
Original assignee: Bluwireless Technology Ltd
Current assignee: Bluwireless Technology Ltd
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: GB2551328A; WO2017212275A1; CN109314941A; GB2551328B; EP3469838A1; US10412694B2; GB201610136D0; EP3469838B1; US20170359789A1; CN109314941B

Abstract

Un método de sincronización de una señal de reloj local de un nodo de red con una señal de reloj de referencia, dicho nodo de red está comprendido dentro de una red de comunicaciones de malla inalámbrica la cual incluye una pluralidad de dichos nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el método, en dicho nodo de red: recibir (110) una pluralidad de señales de sincronización de reloj sobre respectivas señales de radiofrecuencia inalámbrica en una antena (60) direccionable de formación de haces de un transceptor que tiene una antena (60) direccionable de formación de haces para la cual los parámetros de recepción definen una dirección de recepción para la antena (60), siendo las señales de sincronización de reloj recibidas en respectivas direcciones de recepción de haz entrante; seleccionar (111) una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia seleccionando una dirección de recepción de haz entrante de la antena (60); producir (112) un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local del nodo de red; y ajustar (113) la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

Description

DESCRIPCIÓN

Sincronización de reloj en redes de comunicaciones de malla inalámbrica

La presente invención se relaciona con sincronización de reloj en redes de comunicaciones de malla inalámbrica.

Antecedentes de la invención

La figura 1 de los dibujos acompañantes ilustra una red de comunicaciones de malla inalámbrica de ejemplo simplificado la cual proporciona una conexión de multitrayectoria entre una red 14 base y una celda 16 de una red de telecomunicaciones inalámbricas celulares. La red de malla inalámbrica comprende una pluralidad de nodos 10 de red interconectados por enlaces 12 de comunicaciones inalámbricas bidireccionales. Los nodos 10 de red operan para comunicarse entre sí para la transferencia de datos de comunicaciones entre ellos. Este tipo de red se conoce como una red de "malla" debido a las múltiples conexiones entre los nodos de red que definen una malla de enlaces 12 de comunicaciones. Una red de malla particular hace uso de enlaces de comunicaciones inalámbricas que operan en la banda de ondas milimétricas, por ejemplo, alrededor de 60GHz.

Tal red de malla es adecuada para proporcionar una celda 16 de una red de telecomunicaciones inalámbricas celulares con una conexión a una conexión 15 de red de fibra óptica para la comunicación con la red 14 base. La celda 16 es operable para comunicarse con una pluralidad de dispositivos de comunicaciones móviles de acuerdo con estándares y técnicas bien conocidos. Por ejemplo, el estándar de Evolución a Lago Plazo (LTE) define una técnica adecuada de comunicaciones celulares. En el documento WO2006/102558 se proporciona un ejemplo de una red de malla jerárquica.

En el ejemplo de la figura 1, un primer nodo 101 de red está conectado con una red 14 base usando una conexión 15 óptica. La conexión entre el primer nodo 101 de red y la red 14 base puede ser proporcionada por cualquier tecnología de conexión adecuada. La red de malla proporciona una conexión entre el primer nodo 101 de red y un segundo nodo 102 de red. El segundo nodo de red está conectado con una estación celular que define una celda 16 de una red de comunicaciones celulares. La red de malla proporciona comunicación para datos desde la celda 16 a otros dispositivos dentro o fuera de la red de malla. Tal red de malla se conoce como una red de "retorno".

Con el fin de que la red celular opere correctamente, es importante que las celdas de la red mantengan una señal de reloj sincrónica. Por consiguiente, es necesario que las celdas individuales mantengan una señal de reloj que esté sincronizada con una señal de reloj maestro para la red celular en cuestión. Además, es deseable que los nodos de red individuales tengan acceso a una señal de reloj de referencia maestro con el fin de que la interferencia de celda de teléfono móvil a celda y la gestión de señal puedan ser completadas con precisión.

Uno de los desafíos asociados con la implementación de una red de malla, particularmente una red de malla inalámbrica sobre un área amplia, es el de mantener tales señales de reloj precisas y sincronizadas en la red. Sin embargo, las técnicas de red consideradas previamente para ajustar la sincronización de señal de reloj no son idealmente adecuadas para redes de malla inalámbrica, dado que la naturaleza de las conexiones inalámbricas de multisalto significa que las señales de reloj pueden volverse rápidamente asincrónicas.

Por consiguiente, es deseable proporcionar una nueva técnica que busque abordar los inconvenientes de las técnicas de sincronización de reloj consideradas previamente.

Resumen de la invención

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método de sincronización de una señal de reloj local con una señal de reloj de referencia en un nodo de red de una red de comunicaciones de malla inalámbrica que incluye una pluralidad de tales nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el método, en el nodo de red, recibir una pluralidad de señales de sincronización de reloj sobre respectivas señales de radiofrecuencia inalámbrica en una antena direccionable de formación de haces de un transceptor que tiene una antena direccionable de formación de haces para la cual los parámetros de recepción definen una dirección de recepción para la antena, siendo las señales de sincronización de reloj recibidas en las respectivas direcciones de recepción de haz entrante; seleccionar una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia seleccionando una dirección de recepción de haz entrante de la antena; producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local del nodo de red; y ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un nodo de red para una red de comunicaciones de malla inalámbrica que incluye una pluralidad de tales nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el nodo de red: una unidad de selección operable para seleccionar una de tal pluralidad de señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia, para producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local del nodo de red, y para ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia, y un transceptor operable para recibir una pluralidad de señales de sincronización de reloj sobre respectivas señales de radiofrecuencia inalámbrica en una antena direccionable de formación de haces para la cual los parámetros de recepción definen una dirección de recepción para la antena, y en donde el transceptor es operable para recibir tales señales de sincronización de reloj en respectivas direcciones de recepción de haz entrante, y en donde la unidad de selección es operable para seleccionar tal señal de sincronización de reloj recibida seleccionando una dirección de recepción de haz entrante de la antena.

En un ejemplo, el nodo de red comprende una pluralidad de transceptores, cada uno de los cuales incluye una antena direccionable de formación de haces y una unidad de procesamiento, teniendo las antenas direcciones de comunicación respectivas, y recibir una pluralidad de señales de reloj incluye recibir señales de radiofrecuencia respectivas en los transceptores, extraer las respectivas señales de reloj de las señales de radiofrecuencia recibidas, y seleccionar una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia, producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local, y ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia, se realizan para cada transceptor.

Tal ejemplo también puede incluir enrutar cualquiera de las señales de reloj de referencia a cualquiera de las unidades de procesamiento para uso de esa manera en la recepción y transmisión de señales de radiofrecuencia recibidas y transmitidas desde la antena asociada. En tal ejemplo, el nodo de red puede incluir un multiplexor sin bloqueo para el enrutamiento de las señales de reloj de referencia. En un ejemplo, tal enrutamiento se realiza de acuerdo con una programación de temporización. En un ejemplo, tal enrutamiento está controlado por un controlador central de la red. En un ejemplo, el controlador central es un controlador de red definido por software.

En un ejemplo, el nodo de red incluye una pluralidad de tales señales de reloj local, las cuales son ajustadas con referencia a las respectivas señales de reloj de referencia. En un ejemplo, el ajuste de las señales de reloj local se realiza de acuerdo con una programación de temporización. En un ejemplo, la programación de temporización se proporciona como un controlador central de la red. En un ejemplo, el controlador central es un controlador de red definido por software.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona un método para proporcionar una señal de reloj local en un nodo de red de una red de comunicaciones de malla inalámbrica que incluye una pluralidad de tales nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el método, en el nodo de red, recibir una pluralidad de señales de sincronización de reloj en las respectivas direcciones de haz de recepción de un dispositivo de antena direccionable de formación de haces; y seleccionar una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia local seleccionando una de las direcciones de haz de recepción.

De acuerdo con un ejemplo, se proporciona un método de sincronización de respectivas señales de reloj local de nodos de red de una red de comunicaciones de malla inalámbrica que incluye una pluralidad de tales nodos interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, teniendo cada nodo al menos un transceptor que tiene una antena direccionable de formación de haces y operable para transmitir y recibir señales de radiofrecuencia en distintos haces de señales que tienen direcciones respectivas, comprendiendo el método en un primer nodo de red: seleccionar una dirección de haz de reloj de la antena direccionable de formación de haces del primer nodo de red; recibir una señal de reloj maestro en una señal de radiofrecuencia recibida por la antena de formación de haces en la dirección de haz de reloj; sincronizar una señal de reloj local del primer nodo de red con la señal de reloj maestro; seleccionar una dirección de haz de sincronización de la antena de formación de haces del primer nodo de red; y reenviar una primera señal de sincronización a un segundo nodo de red en una señal de radiofrecuencia transmitida desde la antena de formación de haces en la dirección de haz de sincronización del primer nodo de red, siendo la primera señal de sincronización dependiente de una o ambas de la señal de reloj local del primer nodo y la señal de reloj maestro; en un segundo nodo de red: seleccionar una dirección de haz de sincronización de la antena direccionable de formación de haces del segundo nodo de red; recibir la primera señal de sincronización del primer nodo de red en una señal de radiofrecuencia recibida por la antena en la dirección de haz de sincronización del segundo nodo de red; y sincronizar una señal de reloj local del segundo nodo de red con la primera señal de sincronización, formando el primer y segundo nodos de red de esa manera una primera región de reloj de la red de malla inalámbrica.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra una red de comunicaciones de malla inalámbrica;

La figura 2 ilustra un ejemplo de sincronización de reloj a través de una red de comunicaciones de malla inalámbrica;

La figura 3 ilustra un nodo de red que incorpora un aspecto de la presente invención;

La figura 4 ilustra una antena de formación de haces direccionable del dispositivo de la figura 3

La figura 5 muestra una estructura de paquete PHY simplificada;

La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra etapas en un método que incorpora un aspecto de la presente invención;

La figura 7 ilustra otro ejemplo de sincronización de reloj a través de una red de comunicaciones de malla inalámbrica; La figura 8 ilustra otro ejemplo de sincronización de reloj a través de una red de comunicaciones de malla inalámbrica;

La figura 9 ilustra un nodo de red que incorpora otro aspecto de la presente invención;

La figura 10 ilustra parte del nodo de red de la figura 9;

La figura 11 ilustra la parte de la figura 10 en combinación con partes del nodo de red de la figura 9;

La figura 12 es un diagrama de flujo que muestra etapas en un método que incorpora otro aspecto de la presente invención;

La figura 13 ilustra otro ejemplo de sincronización de reloj a través de una red de comunicaciones de malla inalámbrica de acuerdo con otro aspecto de la presente invención; y

La figura 14 ilustra sincronización de reloj de acuerdo con el ejemplo de la figura 12; y

La figura 15 es un diagrama de flujo que muestra etapas en un método que incorpora otro aspecto de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La figura 2 ilustra la sincronización de reloj a través de una red de comunicaciones inalámbricas de acuerdo con un aspecto de la presente invención. La red 2 de ejemplo de la figura 2 tiene una topología similar a la que se muestra en la figura 1. Debe entenderse que las topologías de red que se muestran en las figuras 1 y 2 son simplemente de ejemplo, y no tienen un impacto en las técnicas que van a ser descritas a continuación; las técnicas son aplicables a cualquier topología de red de malla inalámbrica.

En el ejemplo de la figura 2, una primera pluralidad de nodos 20 de red está interconectada por una segunda pluralidad de enlaces 22 de comunicaciones inalámbricas. Los nodos 20 de red se muestran dispuestos en un patrón de rejilla regular (rectilíneo) con enlaces 22 de comunicaciones entre nodos 20 de red adyacentes. Los nodos 20 de red pueden estar dispuestos en cualquier topología adecuada, y los enlaces 22 de comunicaciones pueden estar dispuestos de manera apropiada.

En un ejemplo preferido, los enlaces 22 de comunicación inalámbricas son enlaces de radiofrecuencia, que usan señales de radiofrecuencia en el rango de onda milimétrica, es decir en el rango de 20GHz a 315GHz, preferiblemente en la banda de ondas de 60GHz (como se define mediante el estándar IEEE 802.11ad y típicamente en el rango de aproximadamente 58GHz a 64GHz).

La red 2 también incluye un nodo 24 que conecta la red de malla a una red 25 base. Este nodo 24 también se conoce como un nodo de "punto de presencia (POP)". Tal nodo 24 de POP está conectado típicamente con un primer nodo 201 de red a través de una conexión 23A por cable u óptica. El nodo 24 de POP está conectado a la red 25 base a través de una conexión 23B por cable u óptica. La red base puede ser proporcionada por cualquier red de comunicaciones adecuada, tal como una red de datos por paquetes del operador de red móvil o el Internet.

El nodo 24 de POP proporciona una señal de reloj para las redes de malla y celulares, este reloj es derivado de una señal de reloj maestro que también se conoce como una señal de reloj Gran Maestro (GM). La señal de reloj GM puede ser generada localmente o proporcionada por la red de datos por paquetes del operador de red móvil. El nodo 24 de POP proporciona la señal de reloj maestro al primer nodo 201 de red. Como se describirá a continuación, la señal de reloj maestro es usada para proporcionar una señal de reloj de referencia a través de la red de malla, y a una celda de nodo 206 de red de destino en particular. La figura 2 muestra una única trayectoria 26 de sincronización de reloj de ejemplo sobre la cual recorre la señal de reloj maestro al nodo 206 de red de destino.

En la trayectoria 26 de sincronización de reloj de ejemplo, el nodo 24 de POP suministra la señal de reloj maestro a un primer nodo 201. El primer nodo 201 sincroniza su reloj interno con la señal de reloj maestro recibida, como se describirá a continuación, y pasa la señal de reloj maestro a un segundo nodo 202. Este proceso es repetido hasta que la señal de reloj maestro alcanza un nodo de destino predeterminado. En el ejemplo mostrado en la figura 2, la señal de reloj de referencia pasa a través del primer al sexto nodos 201, 202, 203, 204, 205, y 206 de red, siendo el sexto nodo 206 de red el nodo 20 de destino para la señal de reloj que es distribuida a través de la red. Cada nodo de red puede tener la oportunidad de recibir más de una señal de reloj de referencia desde nodos de red adyacentes, y en ese caso un nodo de red selecciona una señal de reloj de referencia con la cual se sincroniza. De esta forma, puede ser distribuida una señal de reloj maestro a través de nodos 20 de red seleccionados de la red 2. Se apreciará que puede haber diferentes trayectorias de sincronización de reloj a través de la red 2.

El nodo 206 de red de destino proporciona datos por paquetes y reloj de sincronización a una celda 29 para un dispositivo de red de comunicaciones celulares. La celda puede comunicarse de una manera inalámbrica usando tecnologías y técnicas celulares apropiadas. La celda 29 hace uso de la señal de reloj maestro suministrada por la red de malla con el fin de mantener la sincronicidad con la red de comunicaciones celulares de la cual es parte.

La trayectoria de sincronización de reloj (o "árbol") 26 puede ser definida mediante un recurso de red apropiado. Por ejemplo, en una red definida por software (SDN), un controlador de SDN adecuadamente modificado puede ser responsable de la definición de la trayectoria de sincronización de reloj. La definición y elección de la trayectoria 26 de sincronización de reloj puede ser dinámica y responder a cambios en la red 2 de malla, y en los requisitos para la distribución de reloj. Por ejemplo, un nodo de red particular en una trayectoria de sincronización de reloj definida puede volverse inactivo o defectuoso de alguna forma. En tal caso el controlador puede definir una nueva trayectoria de sincronización de reloj para evitar el nodo de red en cuestión. Esta redefinición de las trayectorias de sincronización de reloj es particularmente adecuada en una red de malla, dado que la propia naturaleza de la malla habilita que las múltiples rutas a través de la red sean definidas.

Un ejemplo de un controlador de SDN modificado que controla el enrutamiento de señal de sincronización de reloj se describe en un documento titulado "Extending OpenFlow for SDN-enabled Synchronous Ethernet networks" de Raúl Suárez, David Rincón, y Sebastia Salient. El documento describe una posible modificación de la funcionalidad de controlador de SDN existente para habilitar la propagación de una señal de sincronización de reloj Ethernet a través de una red definida por software. En una realización de ejemplo de la presente invención, este controlador de SDN modificado es extendido además con el fin de seleccionar una señal de sincronización de reloj particular de una pluralidad de señales recibidas, tales como las recibidas de una pluralidad de direcciones de haz de antena, como se describe con más detalle a continuación.

Ahora se describirá la sincronización de un reloj interno de un nodo 20 de red con una señal de reloj maestro recibida con referencia a las figuras 3, a 6. La figura 3 ilustra partes de un nodo 20 de red. El nodo 3 de red incluye una unidad 30 de oscilador interno que suministra una señal 31 de oscilador de referencia a un generador 34 de señales de reloj. El generador 34 de señales de reloj produce una señal 35 de reloj interno para uso mediante el nodo 20 de red y para posible transmisión a otros nodos de red, como se describirá con más detalle a continuación.

El ejemplo de la figura 3 muestra un nodo 20 de red que tiene una única unidad 32 de procesamiento y un único dispositivo 36 de antena. El dispositivo 36 de antena, como se describirá a continuación, es un dispositivo de antena direccionable de formación de haces, el cual puede transmitir y recibir señales de radiofrecuencia en distintos haces de señales que tienen direcciones respectivas. Con el fin de proporcionar la red de malla que se muestra en la figura 2, cada nodo 20 de red necesita incluir un número de dispositivos que proporcionen el número requerido de direcciones de comunicaciones. Se muestra un único dispositivo 36 de antena y unidad 32 de procesamiento en la figura 3 en aras de la claridad. Se describirá a continuación un nodo de red de ejemplo que tiene múltiples unidades 32 de procesamiento y unidades 36 de antena asociadas.

Con referencia a la figura 3, la unidad 32 de procesamiento recibe y transmite señales de radiofrecuencia desde y hacia el dispositivo 36 de antena. El dispositivo 36 de antena incluye una antena de formación de haces que es capaz de comunicarse en un rango de direcciones centradas en una dirección principal. Cada dirección de comunicación puede proporcionar un canal de comunicación respectivo, y puede ser dirigida a un nodo de red diferente. Cada dispositivo 36 de antena recibe la señal de radiofrecuencia y proporciona una señal 37 de banda base convertida de manera descendente a una unidad 38 de banda base.

La figura 4 ilustra esquemáticamente una antena 60 de formación de haces que comprende un arreglo bidimensional de elementos de antena individuales. Tal antena 60 de formación de haces puede dirigir su patrón de haz de transmisión y recepción eficaz. Un ejemplo de tal antena de formación de haces es la bien conocida "antena de arreglo en fase". Por ejemplo, la antena puede tener un haz 62 central, y un primer y segundo haces 63 y 64 a los lados respectivos del haz 62 central. La antena 60 puede tener cualquier número de haces, y por tanto direcciones de comunicación, habilitando de esa manera que la antena 60 dirija transmisiones a un nodo de red de recepción específico, y reciba señales de un nodo de red de transmisión seleccionado. Un haz particular para transmisión o recepción es seleccionado ajustando los parámetros apropiados de la antena. Por ejemplo, para un haz de recepción, parámetros de receptor, tales como valores de ponderación, pueden ser ajustados de tal manera que las señales de radiofrecuencia sean recibidas solo desde una dirección seleccionada, es decir en un haz de señal seleccionado.

Cuando está en un modo de recepción de operación, las características de recepción de los elementos de antena de la antena 36,60 son modificadas de acuerdo con los valores de ponderación determinados por la unidad 32 de procesamiento y suministrados a la unidad 38 de banda base, de tal manera que la antena 36,60 recibe señales de RF de una dirección específica (es decir, de un nodo de red de transmisión específico).

En un modo de transmisión de operación, son generadas señales de accionamiento respectivas para los elementos de antena de la antena 36,60. Las señales de accionamiento son versiones modificadas respectivas de la señal de salida modulada de RF específica para cada elemento de antena. La señal de salida puede ser modificada en fase y/o amplitud con el fin de producir el patrón de haz deseado, y por tanto dirección de haz.

Las topologías de red de ejemplo de las figuras 1 y 2 son simplificadas en la medida en que la red está dispuesta en un patrón de rejilla regular, de tal manera que el nodo de red incluye al menos un dispositivo 36 de antena capaz de comunicarse con otro dispositivo 36 de antena a lo largo de la dirección central. En una red del mundo real, los nodos de red pueden estar dispuestos en un patrón más irregular, con el resultado de que un dispositivo 36 de antena individual puede ser capaz de comunicarse con un número de nodos diferentes usando diferentes direcciones de haz respectivas.

La unidad 32 de procesamiento se describirá ahora. La unidad 32 de procesamiento está provista de un generador 34 de reloj. La unidad 32 de procesamiento incluye la unidad 38 de banda base que recibe la señal 37 de banda base. La unidad 38 de banda base opera para sincronizar con el inicio de un paquete en la señal de banda base y digitaliza la señal de banda base en un flujo 39 de datos codificados para procesamiento adicional. Este procesamiento de la señal 37 de banda base requiere una señal 35 de reloj.

El flujo 39 de datos representa una serie de paquetes de datos, cuya estructura muy simplificada se ilustra en la figura 5. Un paquete 70 de datos tiene una porción 71 de preámbulo, y una porción 72 de carga útil que incluye una porción 73 de encabezado PHY, y una porción 74 de paquete. La porción de paquete incluye indicadores 75 de sincronización que están espaciados en tiempos regulares a través de la porción 74 de paquete. Como es bien conocido y entendido, y definido en las especificaciones IEEE relevantes, el preámbulo del paquete de datos es usado para habilitar una primera estimación de frecuencia y fase del paquete de datos que va a ser identificado. El preámbulo incluye porción de campo de entrenamiento corto (STF) y una porción de campo de estimación de canal (CEF), cuyas estructuras son bien conocidas y entendidas, en particular con referencia a los estándares apropiados.

La porción 73 de encabezado PHY incluye información sobre el esquema de modulación y codificación usado para la porción 74 de paquete. La porción 74 de paquete también incluye una porción de encabezado de control de acceso al medio (MAC) y una porción de datos de usuario. La porción de encabezado de MAC contiene datos que identifican el origen y destino de la porción de datos de usuario. La porción de datos de usuario contiene al menos un paquete de datos de usuario, y posiblemente datos de control o encabezado adicionales asociados, para suministro al destino final.

En un ejemplo de un aspecto de la presente invención, la porción 72 de carga útil es una carga útil de sincronización dedicada, por lo que contiene solo los indicadores 75 de sincronización, y no contiene ítems de datos para transferir a través del nodo.

En tal ejemplo, el nodo de red puede estar configurado para conmutar a la señal de sincronización a intervalos regulares, por ejemplo, cada 1 milisegundo, o de acuerdo con una programación de temporización apropiada, para que el reloj local pueda permanecer sincronizado con el reloj maestro. Cuando la dirección de recepción para el haz que porta la señal de sincronización es diferente a la del haz de transferencia de datos actual, el nodo de red conmuta entre los haces de transferencia de datos y sincronización de manera apropiada.

En un ejemplo preferido, el nodo de red que es responsable de transmitir la señal de sincronización de reloj se adherirá a la programación de temporización predeterminada, y ajustará los parámetros de transmisión de su antena direccionable de formación de haces de tal manera que el haz de transmisión de sincronización es transmitido en la dirección correcta y en el momento apropiado. La adherencia a la programación de temporización predeterminada tanto del nodo de red de transmisión como del nodo de red de recepción permite la sincronización regular de las señales de reloj.

Para el caso donde la señal de sincronización es una señal dedicada, la baja cantidad de datos (solo los indicadores de sincronización) que es transferida permite el uso de un esquema de modulación y codificación que maximiza el rango de la señal de sincronización. Las posiciones de los indicadores de sincronización no dependen del esquema de modulación y codificación usado.

En otro ejemplo de un aspecto de la presente invención, la porción 72 de carga útil incluye ítems de datos que van a ser transferidos por el nodo, e incluye los indicadores 75 de sincronización.

En otro ejemplo, la información de temporización puede ser derivada de cambios detectados en la constelación de modulación de datos, o mediante cualquier otra técnica adecuada.

Volviendo a la figura 3, una unidad 40 de procesamiento de preámbulo recibe el flujo 39 de datos e identifica y procesa la porción de preámbulo (71, figura 5) de cada paquete de datos en el flujo 39 de datos. La unidad 40 de procesamiento de preámbulo produce una estimación inicial de la diferencia de fase relativa entre la señal de reloj de referencia interna y el flujo 39 de datos entrante usando el campo de entrenamiento corto y campos de estimación de canal de acuerdo con las técnicas apropiadas especificadas en el estándar. La unidad 40 de procesamiento de preámbulo emite una primera señal 41a de fase, y pasa el resto del paquete 41 de datos (es decir, la porción 72 de carga útil, figura 5) a una unidad 42 de procesamiento de carga útil.

La unidad 42 de procesamiento de carga útil desmodula y decodifica la porción de carga útil, produciendo de esa manera una serie de paquetes 43 de datos la cual es suministrada a un controlador de acceso al medio (MAC) 46. La unidad 42 de procesamiento de carga útil genera una segunda señal 43a de fase que se relaciona con la fase relativa del reloj 35 de referencia a la señal de referencia codificada de la carga útil. La segunda señal 43a de fase es más precisa que la primera señal 41a de fase. La segunda señal 43a de fase también proporciona una estimación de ejecución de cambios de fase con respecto al reloj 35 de referencia durante la porción de carga útil del flujo de datos entrante. La unidad 42 de procesamiento de carga útil identifica los indicadores de sincronización (75, figura 5) en la carga útil, y compara la temporización de estos indicadores con la señal de reloj local para producir la segunda señal 43a de fase.

Una unidad 44 de detección recibe la primera señal 41a de fase del procesador 40 de preámbulo, y la segunda señal 43a de fase de la unidad 42 de procesamiento de carga útil. La unidad 44 de detección combina la primera y segunda señales 41a y 43a de fase y genera una señal 45 que relaciona los cambios de fase entre el flujo de datos y el reloj de referencia interno. En resumen, la unidad 44 de detección determina la diferencia entre el reloj de referencia y la frecuencia de portador (el "desplazamiento de frecuencia de portador (CFO)"), y determina la diferencia entre el reloj de referencia y la frecuencia de muestreo (el "desplazamiento de frecuencia de muestreo (SFO)").

La unidad 44 de detección emite la señal 45 indicadora a una unidad 48 computacional que a su vez es capaz de procesar la señal 45 indicadora, con el fin de crear una señal 49 de ajuste a largo plazo para el ajuste de desplazamiento de fase del reloj de referencia que no interfiera con la unidad 38 de banda base, el procesador 40 de preámbulo, y la cadena de procesamiento de datos de unidad 42 de procesamiento de carga útil.

El MAC 46 determina decisiones de enrutamiento para el paquete de datos desde la porción de encabezado del paquete, y emite cada paquete de datos apropiadamente, como un flujo 47 de datos de salida. Además, el MAC 46 produce una señal 47a usada por la unidad 48 computacional para indicar inclusión válida de esa señal a partir de datos derivados del encabezado de paquete. De tal manera, la unidad 48 computacional es capaz de usar una señal de sincronización de la fuente correcta, según se determine por el MAC 46.

La señal 49 de ajuste a largo plazo es emitida a una unidad 50 de procesamiento de fase. La unidad 50 de procesamiento de fase determina cómo debe ser ajustada la unidad 34 generadora de reloj con el fin de reducir la diferencia de fase entre la señal 35 de reloj interno y el flujo 37 de datos. La unidad 50 de procesamiento de fase emite una señal 51 de control al generador 34 de reloj. El generador 34 de reloj ajusta la señal 35 de reloj local para la unidad 32 de procesamiento de tal manera que los valores de diferencia de fase que se originan del CFO y SFO y son calculados por la unidad 44 de detección, la unidad 48 computacional y la unidad 50 de procesamiento de fase tienden a cero.

La señal 35 de reloj local es ajustada a una tasa más lenta de cambio que los ajustes de desplazamiento requeridos por el flujo de datos entrantes, y el ajuste es controlado de tal manera que la señal de reloj local está en un remanente y permanece dentro de la tolerancia apropiada incluso si no está disponible una señal de sincronización.

En un ejemplo alternativo, se proporciona un número adicional de generadores 34 de reloj y unidades 50 de procesamiento de fase asociadas. Tal ejemplo permite que múltiples señales de reloj sean enrutadas a través de la red a través del nodo de red en cuestión. Este enrutamiento puede ser logrado mediante la multiplexación adicional de las múltiples señales de reloj. El enrutamiento puede estar gobernado por una programación de temporización, la cual puede ser determinada localmente o por un controlador central, tal como un controlador de SDN adecuadamente modificado.

La figura 6 ilustra etapas de sincronización del reloj local con la señal de sincronización recibida seleccionada. Tal método comprende las etapas de:

101 recibir una pluralidad de señales de radiofrecuencia en una antena direccionable de formación de haces que tiene parámetros de recepción que definen una dirección de recepción para la antena, teniendo cada señal de radiofrecuencia recibida una dirección;

102 seleccionar una de las señales de radiofrecuencia recibidas como una señal de sincronización ajustando los parámetros de recepción de la antena direccionable;

103 producir un flujo de datos digitales a partir de la señal de sincronización usando una señal de reloj local;

104 extraer una señal de reloj de referencia del flujo de datos digitales;

105 producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con la señal de reloj local; y

106 ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

La figura 7 ilustra la red 2 en la cual la señal de reloj maestro es transmitida desde el segundo nodo 202 de red directamente al cuarto nodo 204 de red, y luego desde el cuarto nodo 204 de red al sexto nodo 206 de red de destino. En el ejemplo de la figura 7, el tercer y quinto nodos 203 y 205 de red son eliminados de la trayectoria 28 de sincronización de reloj. El segundo y cuarto nodos 202 y 204 de red hacen uso de una antena direccionable de formación de haces en uno de los canales de radiofrecuencia con el fin de dirigir la señal de reloj maestro de manera apropiada usando haces de señales de sincronización dedicados. En un ejemplo, esta comunicación directa es posible debido a que el haz usado para transmitir la señal de reloj maestro puede tener una tasa de datos más baja, y por tanto un rango más largo, que los enlaces 22 de comunicación más usuales entre nodos 20 de red adyacentes. Este rango extendido permite que la señal de reloj maestro sea transferida fuera de las direcciones usuales de comunicaciones de red.

La provisión de una trayectoria de sincronización de reloj a través de una red de malla como se describe anteriormente habilita la adaptación dinámica de la trayectoria. Además, pueden ser definidas múltiples trayectorias de sincronización de reloj cuando sea apropiado. Por ejemplo, la figura 8 ilustra la red 2 de la figura 2 en la cual la trayectoria 26 de sincronización de reloj está definida desde un primer nodo 201 de red hasta un sexto nodo 206 de red (destino). Una segunda trayectoria 27 de sincronización de reloj puede estar definida desde el nodo 24 de POP al sexto nodo 206 de red. Esta segunda trayectoria 27 de sincronización de reloj es enrutada a través del primer nodo 201 de red a través del séptimo, octavo, noveno y décimo nodos 207, 208, 20g, 2010 de red hasta el sexto nodo 206 de destino. El enrutamiento de la señal de reloj es habilitado mediante el uso de la unidad 36 de antena de formación de haces direccionable de cada nodo 20 de red. Como se describirá a continuación, es preferible que al menos algo del nodo de red incluya múltiples unidades 32 de procesamiento y dispositivos 36 de antena para proporcionar el número requerido de direcciones de comunicación.

La segunda trayectoria 27 de sincronización de reloj proporciona una ruta alternativa para la sincronización del nodo 206 de red de destino. Sin embargo, el nodo 206 de red de destino, solo necesita una única referencia de reloj maestro, por lo que el dispositivo 206 de red de destino determina cuál de las señales de reloj maestro recibidas, recibidas a través de la primera y segunda trayectorias 26 y 27 de señal de reloj, debe ser usada. Esta decisión puede ser tomada por un controlador de SDN adaptado adecuado, o localmente en el nodo de red. Es usada una unidad de conmutación en cada nodo 20 para dirigir las señales de reloj de referencia de manera apropiada.

El nodo 3 de red de la figura 3 fue ilustrado con una única unidad 32 de procesamiento y dispositivo 36 de antena asociado, y representa un nodo simplificado. Para uso en una red de malla, al menos algunos de los nodos de red necesitan tener una pluralidad de unidades 32 de procesamiento interconectadas, las cuales están conectadas con dispositivos 36 de antena respectivos.

La figura 9 ilustra un dispositivo 20 de nodo de red que tiene cuatro unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento con respectivos dispositivos 36A, 36B, 36C, 36D de antena asociados. Tal dispositivo de nodo de red proporciona un número deseado de direcciones de comunicación. El nodo 20 de red de la figura 9 incluye, en este ejemplo, cuatro unidades 32 de procesamiento para el procesamiento de señales de radiofrecuencia recibidas. Un nodo 20 de red puede incluir cualquier número apropiado de unidades 32 de procesamiento.

Las unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento están interconectadas por una unidad 5 de conmutación la cual opera para transferir paquetes de datos entre las unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento. De tal manera los paquetes de datos pueden ser enrutados a través del nodo 20 de red. Además, la unidad 5 de conmutación está conectada con una conexión 6 local, por ejemplo, una celda de una red de comunicaciones celular, u otro dispositivo local.

Aunque la unidad 5 de conmutación es usada para conmutar paquetes de datos a través del nodo de red para enrutarlos a través de la red, en el contexto de la presente invención, es el enrutamiento de señales de sincronización de reloj lo que es de interés. En este sentido, la unidad 5 de conmutación es operable para conmutar tales señales de sincronización entre las unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento.

La figura 10 ilustra una parte de la unidad 5 de conmutación responsable del enrutamiento de señales de sincronización entre las unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento. La unidad 5 de conmutación incluye un multiplexor 52 sin bloqueo que puede conectar cualquiera de sus entradas a cualquiera de sus salidas, y hacer múltiples conexiones en cualquier momento dado. En el presente ejemplo, el multiplexor 52 está conectado para recibir respectivas salidas 35A,35B,35C,35D de los generadores de reloj de las unidades 32A, 32B, 32C, 32D de procesamiento. Además, el multiplexor está conectado para recibir una señal 35E de sincronización de reloj externa desde la conexión 6 local. Esta señal 35E externa puede ser una señal de SyncE (sincronización Ethernet). El multiplexor 52 proporciona una serie de salidas 35A',35B',35C',35D', que proporcionan las señales de reloj para uso por las respectivas unidades de banda base de las unidades 32 de procesamiento. Además, se proporciona una salida 35E' de señal de sincronización externa para suministro al dispositivo externo conectado localmente. El multiplexor 52 tiene una entrada 53 de señal de control la cual es usada para determinar a cuál de las salidas están conectadas las entradas. El control del multiplexor puede ser realizado localmente por el nodo en sí mismo o por una unidad de control central, tal como un controlador de red definida por software (SDN).

La figura 11 ilustra el multiplexor 52 conectado con partes de una unidad 32A de procesamiento, y muestra cómo la señal de generador de reloj de esa unidad de procesamiento está enrutada a través del multiplexor. La unidad 38A de banda base hace uso de la señal 35A' de reloj suministrada desde el multiplexor 52, y esta señal 35A' de reloj es usada en el ajuste de la señal 35A de reloj local. Por consiguiente, la señal 35A de reloj local puede ser sincronizada con cualquiera de las señales de sincronización recibidas por cualquiera de las unidades de procesamiento del nodo de red.

Además, cualquiera de las salidas 35A',35B',35C',35D' de multiplexor puede ser transmitida como una señal de sincronización de reloj desde cualquiera de las unidades de antena, en cualquier haz apropiado. La señal de sincronización de reloj puede ser parte de una señal de transferencia de datos, o puede ser señales de sincronización de reloj dedicadas.

Las señales de reloj de referencia están comunicadas sobre haces de radiofrecuencia direccionales direccionables de transmisión de reloj dedicados desde las unidades de antena del nodo 20 de red. En el caso de ejemplo de la trayectoria 26 de sincronización de la figura 2, el primer a sexto nodos de red están instruidos para transmitir un haz de reloj de referencia, y para recibir una señal de reloj de referencia en un haz particular de tal manera que construya la trayectoria 26 de sincronización de reloj. En un ejemplo alternativo, la sincronización de reloj puede ser derivada de un haz de señal de transferencia de datos. El enrutamiento de la señal de reloj desde el nodo 24 de POP al nodo de destino es logrado mediante el control del multiplexor 52 en cada nodo de red.

La figura 12 ilustra etapas en un método de acuerdo con otro aspecto de la presente invención, en el cual un nodo de red:

110 recibe una pluralidad de señales de sincronización de reloj

111 selecciona una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia, 112 produce un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local, y

113 ajusta la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

La red puede tener más de un nodo de POP. La figura 13 ilustra la red 2 de la figura 2 que tiene el primer nodo 24 de POP el cual transmite la primera señal de reloj maestro sobre la ruta 26 de sincronización de reloj, como se describe con referencia a la figura 2. La red de la figura 13 también incluye un segundo nodo 28 de POP el cual transmite una segunda señal de reloj maestro a un segundo nodo de red de destino, en este ejemplo un decimocuarto nodo 2014. El segundo nodo 28 de POP define una segunda ruta 29 de señal de reloj, la cual pasa a través del undécimo, noveno, octavo, segundo, duodécimo, decimotercero y decimocuarto nodos 20n, 20g, 208, 202, 2012, 2013, y 2014 de red. El segundo nodo 202 de red, en este ejemplo, recibe dos señales de referencia de reloj del primer y segundo nodos 24 y 28 de POP, respectivamente. Como tal, el segundo nodo 202 de red puede usar cualquier señal de reloj maestro, y puede ser controlado localmente o desde un controlador de SDN central para determinar cuál de las señales de reloj usar.

La figura 14 ilustra la distribución de reloj resultante. El primer segundo tercer, cuarto, quinto y sexto nodos 201, 202, 203, 204, 205 y 206 de red hacen uso de la primera señal de reloj maestro del primer nodo 24 de POP, y por lo tanto están en una primera región 24 de reloj. El octavo, noveno, undécimo, duodécimo, decimotercero, y decimocuarto nodos 208, 20g, 20n, 2012, 2013 y 2014 de red hacen uso de la segunda señal de reloj maestro del segundo nodo 28 de POP, y por lo tanto están en una segunda región 28 de reloj. Como tal, usando la primera y segunda fuentes de reloj y rutas respectivas a través de la red, es posible definir diferentes regiones de reloj para diferentes propósitos.

Las etapas en un método que incorpora este aspecto de la presente invención se ilustran en la figura 15, y comprenden:

121. en un primer nodo de red:

a. recibir una señal de reloj maestro;

b. sincronizar una señal de reloj local del primer nodo de red con la señal de reloj maestro; y

c. reenviar una primera señal de sincronización a un segundo nodo de red, siendo la primera señal de sincronización dependiente de una o ambas de la señal de reloj local del primer nodo y la señal de reloj maestro;

122. en un segundo nodo de red:

a. recibir la primera señal de sincronización del primer nodo de red; y

b. sincronizar una señal de reloj local del segundo nodo de red con la

primera señal de sincronización, formando de esa manera el primer y segundo nodos de red una primera región de reloj de la red de malla inalámbrica.

Por consiguiente, realizaciones de los diversos aspectos de la presente invención pueden proporcionar técnicas mejoradas para la sincronización de señales de reloj local de nodos de red a través de una red de malla inalámbrica que tiene una pluralidad de tales nodos.

En un ejemplo, una realización de la presente invención es adecuada para proporcionar señales de reloj de sincronización para diferentes secciones de red. El seccionamiento de red es un concepto en el cual una única red de hardware es utilizada por diferentes operadores usando partición en múltiples redes virtuales lo que permite al operador ofrecer soporte óptimo para diferentes tipos de servicios para diferentes tipos de segmentos de clientes. El beneficio clave de tecnología de seccionamiento de red es que habilita acceso a red como un servicio, lo cual mejora la eficiencia operativa al tiempo que reduce el tiempo de comercialización de nuevos servicios. Las secciones de red pueden ser en cualquier tipo de base. Por ejemplo, pueden ser usadas características que incluyen latencia o requisitos de ancho de banda para definir diferentes secciones de red. Otros ejemplos incluyen seccionamiento de tiempo y ubicación. Secciones de red están aisladas entre sí en los planos de control y usuario, por lo que realizaciones de la presente invención habilitan que la provisión de la experiencia de usuario de la sección de red sea la misma que si fuera una red físicamente separada.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de sincronización de una señal de reloj local de un nodo de red con una señal de reloj de referencia, dicho nodo de red está comprendido dentro de una red de comunicaciones de malla inalámbrica la cual incluye una pluralidad de dichos nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el método, en dicho nodo de red:

recibir (110) una pluralidad de señales de sincronización de reloj sobre respectivas señales de radiofrecuencia inalámbrica en una antena (60) direccionable de formación de haces de un transceptor que tiene una antena (60) direccionable de formación de haces para la cual los parámetros de recepción definen una dirección de recepción para la antena (60), siendo las señales de sincronización de reloj recibidas en respectivas direcciones de recepción de haz entrante;

seleccionar (111) una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia seleccionando una dirección de recepción de haz entrante de la antena (60);

producir (112) un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local del nodo de red; y

ajustar (113) la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el nodo de red comprende una pluralidad de transceptores, cada uno de los cuales incluye una antena (60) direccionable de formación de haces y una unidad de procesamiento, teniendo las antenas (60) direcciones de comunicación respectivas, en donde la etapa de recibir (110) una pluralidad de señales de reloj incluye recibir señales de radiofrecuencia respectivas en los transceptores, extraer señales de reloj respectivas de las señales de radiofrecuencia recibidas, y en donde se realizan para cada transceptor las etapas de seleccionar (111) una de las señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia, producir (112) un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local, y ajustar (113) la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además enrutar cualquiera de las señales de reloj de referencia a cualquiera de las unidades de procesamiento para uso de esa manera en la recepción y transmisión de señales de radiofrecuencia recibidas y transmitidas respectivamente desde la antena asociada.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el nodo de red incluye un multiplexor sin bloqueo para el enrutamiento de las señales de reloj de referencia.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en donde dicho enrutamiento se realiza de acuerdo con una programación de temporización.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, en donde dicho enrutamiento está controlado por un controlador central de la red.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el controlador central es un controlador de red definido por software.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el nodo de red incluye una pluralidad de señales de reloj local, y el método incluye ajustar dichas señales de reloj local con referencia a las respectivas señales de reloj de referencia.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el ajuste de las señales de reloj local se realiza de acuerdo con una programación de temporización.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la programación de temporización es proporcionada por un controlador central de la red.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el controlador central es un controlador de red definido por software.

12. Un nodo de red para una red de comunicaciones de malla inalámbrica que incluye una pluralidad de tales nodos de red interconectados por otra pluralidad de enlaces de comunicaciones inalámbricas, comprendiendo el nodo de red:

una unidad de selección operable para seleccionar una de una pluralidad de señales de sincronización de reloj recibidas como una señal de reloj de referencia, para producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local del nodo de red, y para ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia; y comprendiendo el nodo de red además:

un transceptor operable para recibir dicha pluralidad de señales de sincronización de reloj sobre respectivas señales de radiofrecuencia inalámbrica en una antena (60) direccionable de formación de haces para la cual los parámetros de recepción definen una dirección de recepción para la antena (60), y

en donde el transceptor es operable para recibir dichas señales de sincronización de reloj en respectivas direcciones de recepción de haz entrante, y en donde la unidad de selección es operable para seleccionar una de las señales de sincronización de reloj recibidas seleccionando una dirección de recepción de haz entrante de la antena (60).

13. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además una pluralidad de transceptores, cada uno de los cuales incluye una antena (60) direccionable de formación de haces y una unidad de procesamiento, teniendo las antenas (60) direcciones de comunicación respectivas, siendo los transceptores operables para recibir respectivas señales de radiofrecuencia, y siendo las unidades de procesamiento operables para extraer respectivas señales de reloj de dichas señales de radiofrecuencia recibidas, en donde la unidad de selección es operable para seleccionar una de la señal de sincronización de reloj recibida como una señal de reloj de referencia, para producir un valor de comparación de referencia comparando la señal de reloj de referencia con una señal de reloj local, y para ajustar la señal de reloj local en dependencia del valor de comparación de referencia para cada transceptor.

14. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además una unidad de enrutamiento operable para enrutar cualquiera de las señales de reloj de referencia a cualquiera de las unidades de procesamiento para uso de esa manera en la recepción y transmisión de señales de radiofrecuencia recibidas y transmitidas desde la antena (60) asociada.

15. Un nodo de red de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además un multiplexor sin bloqueo operable para enrutar las señales de reloj de referencia.