JP2015506626A - 時間認識デバイス間で時間情報を通信する方法および装置 - Google Patents

時間認識デバイス間で時間情報を通信する方法および装置 Download PDF

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Abstract

【解決手段】ある実施形態によると、装置は、第1のクロックに従って動作する第1の処理部と、第1のクロックとは独立して動作する第2のクロックに従って動作する第2の処理部と、第1の通信部と第2の通信部とに結合される同期制御部と、を備える。同期制御部は、(i)第1の通信部に、第1の処理部が第2の処理部に信号を送信する第1の時間の表示を、第1のクロックに従って生成させ、(ii)第2の処理部に、第2の処理部が信号を受信する第2の時間の表示を、第2のクロックに従って生成させ、(iii)第1の時間の表示と第2の時間の表示とに基づいて、第1のクロックと第2のクロックとの間のオフセットを決定すべく構成される。【選択図】図2

Description

[関連出願の相互参照]
本開示は、ともに「Wireless AVB Requirements」なる名称の2012年1月4日に出願された米国仮特許出願第61/582,953号および2012年10月2日に出願された米国仮特許出願第61/708,866号の利益を主張しており、その両出願の開示内容をここに参照として組み込む。
本開示は、一般に通信デバイスに関し、特に、通信デバイスまたは通信デバイスのコンポーネントの同期化に関する。
本明細書の背景技術の説明は、本開示の内容を概略的に提供するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の研究は、背景技術の章で説明される範囲において、出願時に従来技術として別途みなし得ない記述の態様とともに、明示的にも暗示的にも本開示に対して従来技術とは認めない。
通信デバイスが有線または無線通信チャネルでデータを交換する場合、データが伝播する媒体は、中間またはエンドポイントの通信デバイスにおいての処理同様、データ交換にさまざまな伝播遅延をもたらす。例えば、一対の通信デバイスを接続するイーサネット(登録商標)リンクは一般的に通信フレームを数マイクロ秒遅延させ、伝播遅延は一般的にイーサネット(登録商標)リンクの長さに依存する。一方、フレームを受信し、受信したフレームを処理し、さらにこのフレームを送信するネットワークルータは、より長い、一般的にミリ秒単位で測定される遅延をもたらす場合がある。
通信プロトコルの中には、データユニットのタイムスタンプ情報を送信する技術を規定するものもある。しかし、送信デバイスおよび受信デバイスは、異なる時間に開始され、また異なるレートで動作するクロックを有してもよい。したがって、通信デバイスがタイミングと同期情報を交換できる規格が開発されてきた。特に、米国電気電子学会(IEEE)802.1AS規格はローカルエリアネットワーク(LANs)を同期するプロトコルと諸手続きを規定する。今日、イーサネット(登録商標)ポートはIEEE802.1AS規格およびIEEE802.3af(「パワーオーバーイーサネット」)規格を用いて同期される。別の例として、無線ポートはIEEE802.1AS規格およびIEEE802.11v規格を用いて同期される。IEEE802.11v規格は無線ネットワークに接続されるクライアントデバイスのための構築技術を規定する。
ある実施形態において、装置は第1のクロックに従って動作する第1の処理部と、第1のクロックとは独立して動作する第2のクロックに従って動作する第2の処理部と、第1の通信部と第2の通信部に結合される同期制御部とを備える。同期制御部は、(i)第1の処理部が信号を第2の処理部へ送信する第1の時間の表示を、第1のクロックに従って第1の通信部に生成させ、(ii)第2の処理部が信号を受信する第2の時間の表示を、第2のクロックに従って第2の処理部に生成させ、(iii)第1のクロックと第2のクロック間のオフセットを、第1の時間の表示と第2の時間の表示に基づき決定すべく構成されている。
さまざまな実装で、1または複数の以下に述べる特徴を含み得る。装置は、第1の通信部が第2の通信部へ信号を送信する際に介する汎用インターフェースを備えてもよい。汎用インターフェースは、1または複数の(i)汎用入出力(GPIO)ピン、または(ii)ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、または(iii)セキュアデジタル入出力(SDIS)スロットを備えてもよい。信号はパルスであってもよい。同期制御部は周期的に(i)および(ii)の動作を繰り返し、第1のクロックと第2のクロック間の周波数の差を決定すべく構成されてもよい。第1の処理部は、(i)有線通信リンクを介してデータを送受信すべく構成される有線通信部と、(ii)無線通信リンクを介してデータを送受信すべく構成される無線通信部のうちの1つであってもよく、第2の処理部は有線通信部と無線通信部のうちのもう一方であってよく、装置は有線通信部と無線通信部間でデータをやり取りすべく構成されていてもよい。有線通信リンクはイーサネット(登録商標)リンクであってよい。装置は、第1のハードウェアレジスタと第2のハードウェアレジスタを備え、第1のハードウェアレジスタは、第1の処理部と同期制御部とに結合されて第1の時間の表示を記憶し、第2のハードウェアレジスタは第2の処理部と同期制御部とに結合されて第2の時間の表示を記憶してもよい。
別の実施形態は、(i)第1のクロックに従って動作する第1の処理部と、(ii)この第1のクロックとは独立して動作する第2のクロックに従って動作する第2の処理部とを有するデバイス内での同期方法である。 この方法は、第1の処理部が第2の処理部に信号を送信する第1の時間の表示を、第1のクロックに従って第1の処理部に生成させる段階を含む。さらに、この方法は、第2の処理部が信号を受信する第2の時間の表示を、第2のクロックに従って第2の処理部に生成させる段階を含む。加えて、この方法は、第1のクロックと第2のクロックとの間のオフセットを、第1の時間の表示と第2の時間の表示とを基にして決定する段階を含む。
さまざまな実装において、1または複数の以下に述べる特徴が含まれ得る。この方法は、(i)汎用入出力(GPIO)ピン、または(ii)ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、または(iii)セキュアデジタル入出力(SDIS)スロットのうちの1つを介して、第1の処理部に信号を送信させる段階を含んでもよい。この方法は、第1の処理部にパルスの形状で信号を送信させてもよい。この信号は、第1の処理部と第2の処理部との間で伝送されるコマンドと関連付けられてもよい。このコマンドは、第1の処理部と第2の処理部との間の制御情報の交換のために定められたメッセージングプロトコルに従う。この方法は、複数の信号のうちの1つとしての信号を第1の処理部に生成させる段階と、複数のバージョンの第1の時間の表示と第2の時間の表示を複数の信号を用いて生成する段階と、第1のクロックと第2のクロックとの間の周波数の差を、複数のバージョンの第1の時間の表示と第2の時間の表示を基にして決定する段階とを含んでもよい。 第1の処理部は第1の通信部であってもよく、第2の処理部は第2の通信部であってもよい。この方法は第1の通信部のポートを介してデータパケットを受信する段階と、決定されたオフセットと決定された周波数の差とを用いて、デバイスに関連付けられる伝播遅延を決定する段階と、第2の通信部のポートを介してデータパケットを送信する段階とを、伝播遅延の表示の提供を併せ、含んでもよい。第1の通信部は有線通信部と無線通信部のうちの一方であってよく、第2の通信部は有線通信部と無線通信部のうちのもう一方であってよい。
さらに他の実施形態では、処理は、第1の処理部としての処理部と、第2の処理部と、第1の処理部と第2の処理部とに結合される同期制御部を有するデバイス内で動作すべく構成されている。 処理部は、第1の処理部が動作する際に従うクロックと、第1の処理部が第2の処理部に結合される際に介するインターフェースとを有する。第2の処理部は別個のクロックに従って動作する。この処理部は(i)インターフェースを介して第2の処理部に周期信号を送信し、また(ii)第1の処理部が第2の処理部に周期信号を送信する第1の時間の表示を、第1のクロックに従って生成すべく構成されている。同期制御部は、(i)第2の処理部が周期信号を受信する第2の時間の表示を、第2のクロックに従って、第2の処理部に生成させ、(ii)同期パラメータを、第1の時間の表示と第2の時間の表示に基づいて生成すべく構成されている。
さまざまな実装において、1または複数の以下に述べる特徴が含まれ得る。インターフェースは、(i)汎用入出力(GPIO)ピン、または(ii)ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、または(iii)セキュアデジタル入出力(SDIS)スロットのうちのいずれか1つを有してもよい。周期信号はパルスであってもよい。同期パラメータは、(i)第1の処理部のクロックと第2の処理部のクロックとの間のオフセットと、(ii)第1の処理部のクロックと第2の処理部のクロックとの間の周波数の差と、のうちの少なくとも1つを有してもよい。 第1の処理部は、(i)有線通信リンクを介してデータを送受信すべく構成される有線通信部、または(ii)無線通信リンクを介してデータを送受信すべく構成された無線通信部と、のうちの一方であってよく、第2の処理部は、この有線通信部と無線通信部のうちのもう一方であってよい。
一実施形態による、1または複数のデバイスが、1または複数の本開示による同期技術を実現する通信システムの例のブロック図。
一実施形態による、図1の通信システム内で動作可能なデバイスを含むいくつかのデバイスを介したデータユニットの伝播の例を説明する図。
一実施形態による、本開示による1または複数の同期技術を用いて同期される複数の通信部を有するデバイスの例のブロック図。
一実施形態による、同一デバイス内で動作する2つの処理部のクロック間の差を決定する方法の例のフロー図。
一実施形態による、同一デバイス内で動作する2つの処理部のクロック間の計測した周波数の差を決定する方法の例のフロー図。
一実施形態による、データユニットが有線ポートを介して、有線通信部と無線通信部とを有するデバイスに到着する場合に、デバイスによる伝播遅延を決定する方法の例のフロー図。
一実施形態による、データユニットが無線ポートを介して、有線通信部と無線通信部とを有するデバイスに到着する場合に、デバイスによる伝播遅延を決定する方法の例のフロー図。
以下に記述する実施形態において、複数の処理部を有するデバイスは、別個で互いに独立した周期的タイミング信号のソース(簡単のために、別個の「クロック」とする)を有し、簡易なインターフェースを用いて効率的に処理部を同期する。デバイスは、1または複数の、オフセットの差、または必要ならば、クロック間の周波数の差などの同期パラメータを決定する。同期パラメータを用いて、デバイスは正確にデバイスによる伝播遅延を測定し、および/または、例えば、複数の処理部の中の1つの処理部の「グランドマスター」クロックのローカル値を調整することができる。一部の実施形態では、デバイス内で動作する一部のまたはすべての処理部は、ネットワークプロセッサや、無線受信機や、無線送信器などの通信部である。
パケットがデバイス内で動作する1つの通信部のポートに着信し、同一デバイス内で動作する別の通信部のポートから発信される場合、デバイスはパケットにデバイスによる伝播遅延の表示を含ませ、そうでなければ伝播遅延のパケットを受信および/または送信する他のデバイスに通知することができる。時間認識デバイスは、それから、この時間の表示を用いて適切にパケットを処理することができる。例えば、時間認識メディアプロセッサはこの時間の表示を用いて、オーディオビデオブリッジング(AVB)アプリケーションの、ディスプレイとスピーカを介してそれぞれ提供される映像と音声を同期することができる。
ある実施形態の例において、デバイスは一対の通信部を有するが、この一対の通信部は、それぞれの通信ポート、プロセッサおよび、この2つの通信部が接続される際に介する汎用インターフェースを介して、パケットを受信および/または送信する。汎用インターフェースは、例えば、汎用入出力(GPIO)ピンを有することができる。通信部は別個のクロックを有する。通信部を同期すべく、同期制御部(ソフトウェア内や、プロセッサ内や、一方または両方の通信部内や、プロセッサや、通信部とは別々に実装されてもよい)は、第1の通信部に、汎用インターフェースを介して第2の通信部へパルスを送信させ、このパルスが送信された時間の表示を、第1の通信部のクロックに従って生成させる。同期制御部はまた、第2の通信部に、このパルスが受信された時間の表示を、第2の通信部のクロックに従って生成させる。この2つの通信部間の距離は、汎用インターフェースの伝播遅延を無視できるほど、十分に小さい。例えば、この伝播遅延は、ほんの数ナノセカンドである場合もある。従って、同期制御部は、この2つの時間の表示を用いて、第1の通信部と第2の通信部の間の時間の差を決定できる。例えば、同期制御部は、各通信部の時刻を決定し、一方の時刻の値を他方の時刻の値から減算することにより、通信部間のDCオフセットを計算することができる。
さらに、一部の実施形態では、デバイスは上記手続きを複数回(例えば、1秒に1回)行う。複数のタイムスタンプを用いて、同期制御部は2つの通信部の計測した周波数の差を計算する。例えば、2つの通信部が水晶発振子(または単に「水晶」)を用いれば、同期制御部は、この方法で百万分の一(PPM)の差を計算する。ある実施形態によれば、デバイスは次に、PPM差とDCオフセットとを用いて、伝播遅延を計算する。
一実施形態によると、第1の通信部は、1または数個のイーサネット(登録商標)ポートを介してパケットを受信および/または送信する有線通信部であり、第2の通信部は、1または数個の無線ポートを介してパケットを受信および/または送信する無線通信部である。別の実施形態によると、第1の通信部は無線通信部であり、第2の通信部は有線通信部である。より一般的には、通信部はどのようなタイプのものであってもよく、パルスはデバイス内の任意の通信部から、その他の任意の通信部へ伝送できる。
本開示の技術をより詳細に説明すべく、図1は例として、アクセスポイント(AP)12が、クライアントステーション14Aと14Bとを有する無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)11で動作する通信システム10を示す。AP12は、ネットワークプロセッサ18を有するAPブリッジデバイス16のコンポーネントである。ネットワークプロセッサ18を用いて、APブリッジデバイス16は、有線通信リンク22を介して、通信ネットワーク20で動作するデバイスと通信する。AP12とネットワークプロセッサ18は、異なる、互いに独立したクロックに従って動作する。ある実施形態において、有線通信リンク22はイーサネット(登録商標)リンクである。さらに、ある実施形態において、WLAN11はIEEE802.11n規格に従って動作する。
クライアントステーション14Aは,メディアプレーヤー30Aで動作する。メディアプレーヤー30Aはまた、メディアプレーヤー30Aが、例えば映像などのメディア出力を提供する際に介するメディアプロセッサ32Aを有する。コンポーネント14Aと32Aは、同一のハウジング内に配設され得る。クライアントステーション14Bは、メディアプロセッサ32Bもまた有するメディアプレーヤー30Bで動作する。コンポーネント14Bと32Bもまた、同一のハウジング内に配設され得る。メディアプレーヤー30Bは、例えば、メディアプロセッサ32Bを用いて、音声出力を提供できる。ある実施形態において、無線局14Aとメディアプロセッサ32Aは、異なる、互いに独立したクロックに従って動作する。同様に、ある実施形態において、無線局14Bとメディアプロセッサ32Bは、異なる、互いに独立したクロックに従って動作する。
デバイス30Aと30Bと16はそれぞれ、本開示の技術の少なくとも一部により実現される同期制御部40を有し、対応する処理部を同期する。特に、同期制御部40Aはメディアプレーヤー30Aで動作し、無線局14Aとメディアプロセッサ32Aとを同期する。同期制御部40Bはメディアプレーヤー30Bで動作し、無線局14Bとメディアプロセッサ32Bとを同期する。同期制御部40CはAPブリッジ16で動作し、ネットワークプロセッサ18とAP12とを同期する。同期制御部40は、同一デバイス内(例えば、APブリッジ16)で動作する一対の通信部を同期でき、同様に同一デバイス内(例えば、メディアプレーヤー30Aまたは30B)の通信部と処理部とを同期できる。より一般的には、同期制御部40は、任意の数の通信部および/または任意の数の処理部の同期に用いることができる。
以下により詳細に論じるように、同期制御部40は、ハードウェアや、ソフトウェアや、ファームウェアを用いて、または、ハードウェアと、ソフトウェアと、ファームウェアとの任意の適切な組み合わせを用いても実装可能である。ある実施形態において、同期制御部40と、対応する一対の処理部(例えば、AP12とネットワークプロセッサ18)間のインターフェースと、タイムスタンプなどを記憶するバッファとは、同一デバイス内で動作するが異なるクロックに従う処理部を、簡単にまた確実に同期させる低コストのタイムアプリケーションインターフェース(TAI)を特徴づける。TAIの例をより詳細に考察する前に、本開示の技術の少なくとも一部を実現したデバイスを含む数個のデバイスを介したデータユニットの伝播の例が、図2を参照し論じられる。
図2に例示の通信用パイプライン100は、通信部104と有線で結合されるパケット送信元102を有するが、通信部104は次に、通信デバイス106と有線で結合される。通信デバイス106はまた、無線通信部108と無線で結合される。例示の実施形態において、無線通信部108は、デバイス104とデバイス106とを介してパケット送信元102から送信されるデータパケットの「コンシューマ」である。言い換えると、コンポーネント102とコンポーネント108は、通信用パイプライン100のエンドポイントを定義する。
図1を参照して論じられたAPブリッジ16と同様に、通信デバイス106は、有線通信部110と、インターフェース114を介して有線通信部110と結合される無線通信部112とを有する。通信デバイス106は、例えば、ルータまたはブリッジデバイスとして動作可能であり、ある実施形態では、通信部110と112との間でデータのルーティングや、やり取りを行うことができる。通信デバイス106はまた、有線通信部110と無線通信部112とに通信可能に結合されるプロセッサ116を有する。ある実施形態では、通信部110と通信部112はそれぞれ、クロック118Aと118Bを有する。より一般的には、通信部110と112は、別個の、独立したソースから発信される周期的タイミング信号を受信できる。このソースは通信部110および112のコンポーネントとして、または通信部110および112とは別々に設けてもよい。例えば、この一実施形態において、有線通信部110は自身のクロックは有さないが、プロセッサ116のクロックに従って動作する。一方、無線通信部112はクロック118Bに従って動作する。通信デバイス106は、別個の1コンポーネントとして、または、プロセッサ116や、有線通信部110および/または無線通信部112内の数個のコンポーネントとして実装される同期制御部119を有する。
ある実施形態において、無線通信部108は、時間認識デバイスのコンポーネントとして、または時間認識アプリケーションモードで動作する。この場合のパケット送信元102は、パイプライン100内の唯一「正確な」時間に相当するグランドマスタークロック120を有する。クロック120は異なる周波数で動作してもよく、パイプライン100内のその他のクロックと開始時間が異なってもよい。さらに、パイプライン100内のデバイスは、それぞれ異なる温度の下で動作してもよい。例えば、パケット送信元102は、有線通信部104よりもより暑い場所に設置されてもよい。温度が、一般的な水晶発振子の動作に影響を与え得ることは公知である。
ある実施形態によれば、パケット送信元102は動作中、パケット125を生成し、グランドマスタークロック120を用いて生成されるタイムスタンプ128を、パケット125のヘッダに含ませる。パケット125が無線通信部108へ向けて、矢印130によって概して示される方向に伝送するにつれて、パケット125はさまざまな長さの遅延を含む。適切にパケット125を処理するべく、無線通信部108は、パイプライン100を介して生じた伝播遅延の、可能な限り正確な決定を試みる。この目的のために、パイプライン100内の中間のリンクおよびデバイスを介して生じる軽微でない遅延は、図2に示される遅延Δt−Δtのように、決定されるべきである。
さらに、一部の実施形態では、コンポーネント104と、110と、112と、108の一部またはすべては、グランドマスタークロック120のそれぞれのバージョンを維持する。動作中、これらのコンポーネントは連続的にまたは周期的に、遅延Δt−Δtの最新の算出された値を用いて、グランドマスタークロック120のローカルバージョンを調整する。この目的のために、コンポーネント102と、104と、110と、112と、108は対応する値を、下方に(矢印130の方向へ)または、上方に、または両方向に伝送する。
一般に、パイプライン100で動作しているコンポーネントが遅延Δt−Δtの新たな値を決定する場合、このコンポーネントは、任意の適切なメッセージング技術を用いて、新たな値を他のコンポーネントに通信できる。例えば、このコンポーネントは、パケット125内のタイムスタンプを調整したり、パケット125のヘッダにフィールドをポピュレートして遅延の長さを示したり、パイプライン100内で動作する1または複数のコンポーネントに、遅延の新たな値を含む別個のメッセージを送信したり、これらの技術の組み合わせを用いたり等、できる。
引き続き図2を参照すると、パケット送信元102および有線通信部104は、伝播遅延Δtに関連付けられる有線リンク140を介して結合され、伝播遅延Δtは一般にリンク140の長さに比例する。例えば、遅延値Δtは500ナノセカンド以下となり得る。ある実施形態において、有線リンク140はイーサネット(登録商標)リンクである。同様に、有線リンク142はイーサネット(登録商標)リンクであり得て、500ナノセカンド以下の遅延Δtをもたらす場合もある。ある実施形態において、このリンク140と142は、IEEE802.3af規格に従って動作する。しかしながら、リンク140と142の長さは異なるため、遅延値ΔtとΔtは同じである必要はない。
一方、有線通信部104に関連付けられる遅延Δtは、遅延ΔtとΔtに比べて著しく長い(例えば、10ミリ秒程度)。ある実施形態では、有線通信部104は、例えばCPUでもあり得るプロセッサ144と結合される。さまざまなシナリオで、データパケット125は、ハードウェアレベルおよび/またはソフトウェアレベルで処理を実行可能である。例えば、有線通信部104およびプロセッサ144は、ネットワークルータ内で動作可能であるが、ネットワークルータはプロトコルスタックの複数の階層でパケットを解析し、それゆえに相当な時間、パケット125を遅延させる。
一部の実施形態において、有線通信部104はクロック150を有する。クロック150はグランドマスタークロック120と同期されなくてもよいが、有線通信部104は精密にまた正確にパケット125の遅延Δtを決定できる。この目的のために、有線通信部104は、パケット125の着信時に有線通信部104において第1のタイムスタンプを生成し(例えば、パケット125が対応するインバウンドポートのイングレスパイプラインを通過するとき)、通信リンク142を介してパケット125の送信する直前に第2のタイムスタンプを生成する(例えば、パケット125がアウトバウンドポートのエグレスパイプラインを通過するとき)。タイムスタンプは単に、クロック150によって維持されるクロックカウンタの現在値を格納するレジスタの値であり得る。有線通信部104は、同じクロック150を用いて第1のタイムスタンプと第2のタイムスタンプを生成するため、有線通信部104は、第2のタイムスタンプから第1のタイムスタンプを減算し、この結果にクロック150の周波数を乗算することによって、正確に遅延値Δtを決定できる。
一般に、タイミング情報の伝播および/または、イーサネット(登録商標)リンク140と142を介して相互接続しているパケット送信元102と、有線通信部104と、有線通信部110間の同期は、IEEE802.1ASと802.3af規格を用いて実現され得る。これらの技術を用いて、コンポーネント102と104と110は、遅延情報を互いに提供し合ったり、グランドマスタークロック120のローカルバージョンを調整したり等、できる。
通信デバイス106と関連付けられる遅延値Δtに関して、通信部110と、通信部112と、特にプロセッサ116はかなりの時間、パケット126を遅延させる場合がある。遅延値Δtを決定すべく、通信デバイス106は本開示の同期技術を実現可能である。図1を参照して論じられた同期制御部40を含むデバイスと同様に、通信デバイス106は、通信部110と112間の周期パルスや別の信号の送信や取り込みを実行できる。この実施形態に応じて、同期制御部119は、パルスを有線通信部110から無線通信部112へ伝送し、または逆に無線通信部112から有線通信部110へ伝送する。これらの信号を生成し、取り込み、使用する適切な技術が、図3を参照して以下に詳細に論じられる。
IEEE802.11v規格は、無線通信部112と108間の遅延値Δtを算出するメカニズムを提供する。一部の実装において、無線通信部108はまた、このメカニズムを利用して、クロック152と通信部112のクロック118Bとを同期する。より具体的には、通信部112と108は、IEEE802.11v規格で定められる「M1」フレームと「M2」フレームとを交換可能である。「M1」フレームと「M2」フレームを用いて、通信部112と108は遅延Δtを計算する。通信部108は、グランドマスタークロック120の自身のバージョンからΔtを減算して、無線通信部112に記憶されるグランドマスタークロック120のバージョンと合致させることが可能である。
算出された遅延値Δt−Δtおよび/またはグランドマスタークロック120に同期されたクロック152(パイプライン100内のその他のクロックと順次同期されたクロック118Bを介して)を用いて、メディアプロセッサ160はデータパケット125を適切に処理できる。例えば、メディアプロセッサ160は、グランドマスタークロック120によって測定された正確な時間に、パケット125の音声または映像コンテンツを再生できる。
図3を参照すると、例示の通信デバイス200は、有線通信部202と無線通信部204のそれぞれのローカルタイムの表現とともに、有線通信部202と無線通信部204との間で伝送される信号を用いて、有線通信部202と無線通信部204とを同期する同期制御部201を有する。ある実施形態では、通信デバイス106は通信デバイス200と概して同様である。さらに、一部の実施形態において、同期制御部201と、通信部202と204間の同期を実現する通信デバイス200内の他のコンポーネントは、図1を参照して論じられたTAI40と概して同様なTAIを特徴づける。より一般的には、別個のクロックを用いて動作する2つまたはそれより多くの処理部が含まれるデバイスは、通信デバイス200同様に実装され、処理部を同期できる。
ある実施形態での通信デバイス200はまた、プロセッサ206を有する。プロセッサ206は、汎用CPUや、特定用途向け集積回路(ASIC)や、プログラマブルコントローラなどである。プロセッサ206は、通信部202と204のそれぞれに結合される。ある実施形態では、プロセッサ206は、コマンドを通信部202と204に提供し、通信部202と204からステータス情報や、制御情報や、他の情報を受信すべく構成される。例えば、プロセッサ206はソフトウェア命令を実行し、データパケットのハイレベルな処理を実行してもよい(例えば、ディープインスペクション)。別の実施形態において、しかしながら、通信デバイス200はプロセッサ206を全く有さず、通信部202と204は適切な通信部202と204との結合に必要なロジックを直接実行する。
通信デバイス200はまた、プロセッサ208に結合されるコンピュータ可読メモリ208を有する。メモリ208は、フラッシュメモリや、ランダムアクセスメモリ(RAM)や、読み出し専用メモリ(ROM)などの、任意の適切な持続的または一時的なメモリであり得る。メモリ208は1または数個のソフトウェアアプリケーション209を記憶する。メモリ208はまた、動作中にプロセッサ206が生成および/または使用するデータを記憶できる。
一部の実施形態によると、同期制御部201と有線通信部202はタイムキャプチャバッファ212と結合され、また、同期制御部201と無線通信部204はタイムキャプチャバッファ214に結合される。バッファ212と214は、例えば簡易なハードウェアレジスタとして実装可能である。以下に論じるように、タイムキャプチャバッファ212と214は、信号の送信や受信などの特定のイベントに対応して、通信部202と204のローカルタイムの表現をそれぞれ記憶する。
引き続き図3を参照すると、有線通信部202は、有線通信部202が動作する際に従う周期的タイミング信号を生成する水晶発振器回路220を有する。無線通信部204は、無線通信部204が動作する際に従う周期的タイミング信号を生成する水晶発振器回路222を有する。ある実施形態において、水晶発振器回路 220と222は異なる周波数で動作する。さらに、通信部202と204は異なる時間に初期化またはリセットされ、水晶発振器回路220と222は、いくつかのシナリオに従って、異なる時間にカウントを開始できる。他の実施形態では、通信部202と204は他の適切なタイプのクロックを有する。
ある実施形態において、水晶発振器回路220は、各サイクルにつきカウンタ230を1インクリメントする。このようにして、カウンタ230は、水晶発振器回路220によって測定された時間の現在の表現を記憶する。同様に、水晶発振器回路222は、各サイクルにつきカウンタ232を1インクリメントし、このカウンタ232は水晶発振器回路222によって測定された時間の現在の表現を記憶する。ある条件を満たしたら、または同期制御部201からのコマンドに応答して、通信部202と204は、カウンタ230および232の現在値をタイムキャプチャバッファ212および214にそれぞれ転送する。いくつかのシナリオで、通信部202と204はそれぞれ、バッファ212と214に新たな値を、実質的に同時にポピュレートする。他のシナリオでは、通信部202と204は、別個のそれぞれのコマンドに応答して、異なる時間に、これらのバッファにポピュレートする。
有線通信部202はまた、コントローラと入出力パイプライン240を有する。ある実施形態において、コンポーネント220は、着信するデータユニット(例えばパケット)を処理するイングレスパイプラインと、プロトコル翻訳や、ルーティングや、ブリッジングおよび/または他の機能を実行するコントローラと、データユニットの送信を準備するエグレスパイプラインとを有する。無線通信部204は、コントローラと、無線通信リンクを介して伝送される着信するおよび送信するデータユニットを処理する入出力パイプライン242とを有する。
ある実施形態によると、有線通信部202は、1または複数のイーサネット(登録商標)ポート250を有し、データパケットの受信および/または送信をする。イーサネット(登録商標)ポート250は、適切な通信プロトコルによって指定される1セットの端子をそれぞれが有する。他の実施形態では、有線通信部202は、追加的にまたは代替的に、プロプライエタリスタンダードに従う通信を含む他のタイプの有線通信のポートを有する。無線通信部204は、1セットの無線ポート252を有するが、一部の実施形態においては無線ポート252は、同一の物理的パイプラインにマップされるバーチャルポートであってもよい。イーサネット(登録商標)ポート250および無線ポート252はともに、通信デバイス200の外部インターフェースを定義する。
このようにして、通信デバイス200は、無線ポートを介してデータパケットを受信し、必要ならばデータパケットを変更し(例えば、プロトコルを変更するか、または新たな値でヘッダをアップデートすることによって)、イーサネット(登録商標)ポートを介してデータパケットを送信できる。別のシナリオでは、通信デバイス200は、有線ポートを介してデータパケットを受信し、有線ポートを介してデータパケットを送信できる。
一実施形態によると、プロセッサ206は通信部202と204間のデータの交換のための内部インターフェースを定義する。このようにして、有線通信部202が無線通信部204へデータパケットの転送を望む場合は、プロセッサ206は有線通信部202からデータパケットを受信し、無線通信部204にデータパケットを提供する。別の実施形態では、通信デバイス200は、通信部202と204間にダイレクトインターフェースを有し、データパケットの交換をする。
有線通信部202および無線通信部 204は各々、ある実施形態では、GPIOピンなどの使用可能な汎用インターフェース端子を含む。通信部202および204はこれらの汎用インターフェース端子を用いて、同期信号を送信または受信できる。図3の例では、有線通信部202は、コネクタ264に結合されるピン260を有し、無線通信部204は、コネクタ264に結合されるピン262を含む。コネクタ264は、例えば通信部202または204がパルスの送信を可能にする際に介する簡易な接続を提供する汎用インターフェースの例である。他の実施形態では、有線通信部202と無線通信部204は、例えば、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)またはセキュアデジタル入出力(SDIS)を介して通信する。いずれの場合でも、コネクタ264は、通信部202と204間を結ぶ、比較的簡易で低コストなインターフェースである。ある実施形態において、コンポーネント260と、コンポーネント262と、コンポーネント264は、IEEE802.1AS規格に従う同期をサポートしない。
動作中、同期制御部201は、通信部202および204のどちらか一方に指示して、コネクタ264を介して、パルスやその他の同期信号を、通信部202および204のもう一方に送信させる。パルスは、一般に、通信部202と204との間をどちらの方向にも伝わる。一例として、同期制御部201は有線通信部202をパルスソースと指定する。この場合の同期制御部201は、有線通信部202に、(i)ピン260(コネクタ264に結合される)を介して、無線通信204へパルスを送信させ、(ii)カウンタ230の現在値をタイムキャプチャバッファ212に記録させる。同期制御部201はさらに、無線通信部204に指示して、カウンタ232の現在値をタイムキャプチャバッファ214に記録させる。同期制御部201はそれから、タイムキャプチャバッファ214に格納された値から、タイムキャプチャバッファ212に格納された値を減算し、DCオフセットなどの通信部212と214間のタイムカウンタ差の表示を生成する。
少なくとも一部の実施形態では、コネクタ264の長さは同期制御部201にとって十分に小さく、コネクタ264を介して伝わるパルスの伝播遅延は、実質的にゼロと考えられる。従って、同期制御部201は、パルスが遅延なく無線通信204に着信したと認識し、通信部202と204に指示し、対応するカウンタ値を、それぞれのタイムキャプチャバッファ212と214に同時に記録させる。
別の実施形態では、同期制御部201は無線通信部204に指示し、無線通信部204がパルスを検知した場合のみ、カウンタ232の値をタイムキャプチャバッファ214に記録させる。さらに別の実施形態では、同期制御部201は、コネクタ264に関連付けられる一定の伝播遅延を算出すべく構成される。同期制御部201が、タイムキャプチャバッファ212と214に格納された値の差を計算する場合、同期制御部201は、補正係数として、一定の伝播遅延値をこの差に適用する。
一部の実施形態において、同期制御部201はさらに、水晶発振子220と222との間のPPM差を計算する。この目的のために、同期制御部201は、パルスソースとして指定された通信部に、周期的に、例えば1秒間に1パルス(PPS)のレートで、パルスを送信させる。ある実施形態では、このパルスは1秒の初めに送信される。
このように、シナリオの一例において、同期制御部201は、有線通信部202に、コネクタ264を介して、午前12:00:00(例えば、有線通信部202またはプロセッサ206のクロックに従って)に、無線通信部204へパルスを送信させる。同期制御部201は、タイムキャプチャバッファ212と214に対応する格納された値を用いて、DCオフセットを計算する。例えば、タイムキャプチャバッファ212は、値 0x3724 2817を記憶してもよく、タイムキャプチャバッファ214は、値 0x0000 1278を記憶してもよい。DCオフセット値の大きさは、従って、0x3724 2817−0x0000 1278で算出される。
同期制御部201はそれから、通信部204に、引き続き送られるパルスの送信時間と受信時間をそれぞれ記録させ、PPM差を決定させる。例えば、1秒後、タイムキャプチャバッファ212の値がタイムキャプチャバッファ214の値の2倍に増加する場合がある。従って、同期制御部201は、水晶発振子220が水晶発振子222の2倍の速さで動作していると判断できる。同期制御部201がDCオフセット値とPPM値の両方を決定した後、通信デバイス200は通信デバイス202と204とを同期でき、および/または通信デバイス200で生じる伝播遅延を決定できる。
他の実施形態では、通信部202と204に、コネクタ264または同様なインターフェースを介してパルスを送信させるよりも、同期制御部201は、他の非同期の目的のためであれば、通信部202または204との間で伝送されるメッセージを利用する。例えば、これらのメッセージは、通信部202と204とを同期するためのメカニズムを提供はしないが、通信部202と204間の制御情報の交換に対するプロトコルに従う。同期制御部201は、メッセージの第1のシンボル(例えばビット)が送信される場合に、有線通信部202に、カウンタ230の値をタイムキャプチャバッファ212に記録させ、メッセージの第1のシンボルが受信される場合、無線通信部204に、カウンタ232の値をタイムキャプチャバッファ214に記録させる。
さらに、図3においては、同期制御部201は別個のコンポーネントとして記述されるが、同期制御部201は、他の実施形態においては、通信デバイス200の別のコンポーネントの一体をなす一部分として、または通信デバイス200の他のコンポーネント内で動作する数個のコンポーネントとして実装される。例えば、一つのこのような実施形態として、同期制御部201およびプロセッサ206は、単一の集積されたコンポーネントとして実装される。別の実施形態においては、同期制御部201は有線通信部202のコンポーネントである。さらに別の実施形態では、同期制御部201は無線通信部204のコンポーネントである。またさらに、別の実施形態においては、同期制御部201は、プロセッサ206上で実行可能な、メモリ208に記憶されるソフトウェア命令として実装される。さらにある実施形態では、同期制御部201は、有線通信部202と、無線通信 204と、またはその両方の、1または複数のハードウェアコンポーネントと同じく、ソフトウェア命令として分散して実装される。
上述した中の一部のデバイスに実装され得るいくつかの方法の例が、次に考慮される。
まず図4によれば、2つの処理部のクロック間の差を決定する例示的な方法300が、図3の同期制御部201に実装され得るが、例えばこの場合は、処理部は通信部である。ブロック302において、方法300は第1の処理部に、内部インターフェースを介して第2の通信部に信号を送信させる。上述したように、内部インターフェースは、例えば、IEEE802.1ASなどの規格を実現する汎用インターフェースであってよい。また上述したように、送信される信号は、単一のパルス、マルチシンボルメッセージの初め、または任意の他のタイプの信号であってよい。
次に、ブロック304において、信号が送信された時間に対応するタイムスタンプが、第1の処理部のクロックを用いて生成される。ブロック306において、信号が第2の処理部に着信する時間に対応するタイムスタンプが、第2の処理部のクロックを用いて生成される。ある実施形態では、信号の受信は、無条件に瞬間的に行われるとみなされるので、ブロック304と306は実質的に同時刻に実行される。
ブロック308では、DCオフセットは、2つの生成されたタイムスタンプを用いて決定される。より一般的には、処理部のクロックの値の差は、ブロック308において決定される。
図5は、同一デバイス内で動作する2つの処理部のクロック間の計測した周波数の差を決定する例示の方法350のフロー図である。方法300と同様に、方法250は、例えば、同期制御部201に実装され得る。
ブロック352において、一対の処理部の第1のDCオフセット値が算出される。この目的のために、例えば、上述した方法300を用いることができる。次に、ブロック354において時間満了イベントが検知され、一対の処理デバイスの別のDCオフセット値が、ブロック356において決定される。PPM値などの計測した周波数の差は、一対の算出された最新のDCオフセット値を用いて、ブロック358において決定される。フローはその後ブロック354へ戻り、次の時間満了イベントを待つ。例えば、この時間は1秒に設定可能である。このようにして、方法300は、デバイス内で動作するある処理部が、同一デバイス内で動作するその他の処理部がリセットされることなくリセットされる場合でさえも、DCオフセット値とPPM値が概して正確であることを保証する。
図6Aを参照すると、有線通信部と無線通信部を含むデバイスによる伝播遅延を決定する例示の方法400は、例えば、図3の通信デバイス200に実装可能である。ブロック402において、データパケットは、有線通信部の有線ポートを介して受信される。有線ポートは、例えば、イーサネット(登録商標)ポートであってよい。
データパケットが受信される時間に対応するタイムスタンプは、ブロック404において生成される。例えば、タイムスタンプは、データパケットが有線ポートのイングレスパイプラインを介して伝わるときに生成される。
ブロック406において、タイムスタンプは、無線通信部の無線ポートを介してデータパケットが出力される直前に、無線通信部のクロックに従って生成される。有線通信部および無線通信部は、通信デバイス200などのデバイス内の異なるクロックに従って動作するために、DCオフセットおよびPPM差はブロック408において決定される。一例として、上述した方法300および350が利用可能である。
次に、デバイスによる伝播遅延はブロック410において算出される。それから、他の通信デバイスにおける次の処理のために、伝播遅延情報がデータパケットに提供される。この実施形態に応じて、伝播遅延は、パケット内のフィールドとして、または別個のメッセージとして、または任意の他の適切な方法で、指定され得る。伝播遅延情報を用いて、パケットの次の受信者は、データパケットのデータを適切な時間に再生(その他、データパケットを処理)できる。
図6Bに、無線通信部(452)の無線ポートにおいてパケットが受信されるという点以外は方法400と概して同様な方法450を示す。従って、データパケットの受信に対応するタイムスタンプは、無線通信部のクロックに従って生成され(ブロック454)、データパケットが離れる間際に対応するタイムスタンプは、有線通信部のクロックに従って生成される(ブロック456)。ブロック458および460は、上述したブロック408および410と同様である。
上述したさまざまなブロックと、動作と、技術の少なくとも一部は、ハードウェアや、ファームウェア命令を実行しているプロセッサや、ソフトウェア命令を実行しているプロセッサや、それらの任意の組み合わせを用いて実装され得る。ソフトウェアやファームウェア命令を実行しているプロセッサを用いて実装される場合、このソフトウェアやファームウェア命令は、磁気ディスクや、光ディスクや、RAMや、ROMや、フラッシュメモリなどの、任意の実体のある非一時的なコンピュータ可読メモリに記憶されてもよい。ソフトウェアやファームウェア命令は、プロセッサによって実行される場合、プロセッサにさまざまな動作を実行させるマシン可読命令を含んでもよい。
ハードウェアに実装される場合、ハードウェアは1または複数の別個のコンポーネントや、集積回路や、ASICや、プルグラマブルロジックデバイスなどを備えてもよい。
具体的な例を参照しながら、さまざまな実施形態が説明されてきたが、あくまで例示のみであってそれに限定する意図はなく、変更や追加および/または削除は、本特許請求の範囲を逸脱することなく開示された実施形態に対してなされ得る。

Claims (20)

  1. 第1のクロックに従って動作する第1の処理部と、
    前記第1のクロックとは独立して動作する第2のクロックに従って動作する第2の処理部と、
    前記第1の処理部と前記第2の処理部とに結合される同期制御部と、を備える装置であって、
    前記同期制御部は、
    前記第1の処理部に、前記第1の処理部が前記第2の処理部へ信号を送信する第1の時間の表示を、前記第1のクロックに従って生成させる第1の動作と、
    前記第2の処理部に、前記第2の処理部が前記信号を受信する第2の時間の表示を、前記第2のクロックに従って生成させる第2の動作と、
    前記第1の時間の表示と前記第2の時間の表示とに基づいて、前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間のオフセットを決定する第3の動作とを実行する
    装置。
  2. 前記第1の処理部が前記第2の処理部に前記信号を送信する際に介する汎用インターフェース
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  3. 前記汎用インターフェースは汎用入出力(GPIO)ピン、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、およびセキュアデジタル入出力(SDIS)スロットのうちの1つを有する
    請求項2に記載の装置。
  4. 前記信号はパルスである
    請求項2または3に記載の装置。
  5. 前記同期制御部は、周期的に前記第1の動作および前記第2の動作を繰り返し、前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間の周波数の差を決定する
    請求項1から4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記第1の処理部は、有線通信リンクを介してデータを受信および送信する有線通信部と、無線通信リンクを介してデータを受信および送信する無線通信部とのうちのいずれか一方であり、
    前記第2の処理部は、前記有線通信部と、前記無線通信部とのうちの他方であり、
    前記装置は、前記有線通信部と前記無線通信部との間でデータをやり取りする
    請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。
  7. 前記有線通信リンクはイーサネット(登録商標)リンクである
    請求項6に記載の装置。
  8. 前記第1の処理部と前記同期制御部とに結合され、前記第1の時間の表示を記憶する第1のハードウェアレジスタと、
    前記第2の処理部と前記同期制御部とに結合され、前記第2の時間の表示を記憶する第2のハードウェアレジスタと
    をさらに備える請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
  9. 第1のクロックに従って動作する第1の処理部と、前記第1のクロックとは独立して動作する第2のクロックに従って動作する第2の処理部とを有するデバイス内の同期方法であって、
    前記第1の処理部に、前記第1の処理部が前記第2の処理部へ信号を送信する第1の時間の表示を、前記第1のクロックに従って生成させる段階と、
    前記第2の処理部に、前記第2の処理部が前記信号を受信する第2の時間の表示を、前記第2のクロックに従って生成させる段階と、
    前記第1の時間の表示と前記第2の時間の表示とを基にして、前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間のオフセットを決定する段階と
    を備える方法。
  10. 前記第1の処理部に、汎用入出力(GPIO)ピン、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、およびセキュアデジタル入出力(SDIS)スロットのうちの1つを介して、前記信号を送信させる段階
    をさらに備える、請求項9に記載の方法。
  11. 前記第1の処理部に、パルスの形状で前記信号を送信させる段階
    をさらに備える、請求項9または10に記載の方法。
  12. 前記信号は、前記第1の処理部と前記第2の処理部との間で伝送されるコマンドと関連付けられ、前記コマンドは前記第1の処理部と前記第2の処理部との間での制御情報の交換のために定められたメッセージングプロトコルに従う
    請求項9から11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記第1の処理部に、前記信号を複数の信号の1つとして生成させる段階と、
    前記第1の時間の表示および前記第2の時間の表示の複数のバージョンを、前記複数の信号を用いて生成する段階と、
    前記第1の時間の表示および前記第2の時間の表示の前記複数のバージョンを基にして、前記第1のクロックと前記第2のクロックとの間の周波数の差を決定する段階と
    をさらに備える、請求項9から12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 前記第1の処理部は第1の通信部であり、前記第2の処理部は第2の通信部であり、
    前記第1の通信部のポートを介してデータパケットを受信する段階と、
    前記デバイスに関連付けられる伝播遅延を、前記決定されたオフセットおよび前記決定された周波数の差とを用いて決定する段階と、
    前記伝播遅延の表示の提供を含め、前記第2の通信部のポートを介して前記データパケットを送信する段階と
    をさらに備える、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1の通信部は有線通信部および無線通信部のうちのいずれか一方であり、前記第2の通信部は前記有線通信部および前記無線通信部のうちのもう一方である
    請求項14に記載の方法。
  16. 処理部であって、第1の処理部としての前記処理部と、第2の処理部と、前記第1の処理部および前記第2の処理部に結合される同期制御部と、を有するデバイス内で動作する処理部であって、前記第1の処理部は、
    前記第2の処理部は別個の第2のクロックに従って動作するが、前記第1の処理部が動作する際に従う第1のクロックと、
    前記第1の処理部が前記第2の処理部に結合される際に介するインターフェースであって、前記処理部は、前記インターフェースを介して前記第2の処理部へ周期信号を送信し、前記第1の処理部が前記第2の処理部へ前記周期信号を送信する第1の時間の表示を、前記第1のクロックに従って生成する、インターフェースと、を備え、
    前記同期制御部は、前記第2の処理部に、前記第2の処理部が前記周期信号を受信する第2の時間の表示を、前記第2のクロックに従って生成させ、前記第1の時間の表示および前記第2の時間の表示に基づいて同期パラメータを生成する
    処理部。
  17. 前記インターフェースは、汎用入出力(GPIO)ピン、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(PCIE)ポート、およびセキュアデジタル入出力(SDIS)スロットのうちの1つを有する
    請求項16に記載の処理部。
  18. 前記周期信号はパルスである
    請求項16または17に記載の処理部。
  19. 前記同期パラメータは、前記第1の処理部の前記第1のクロックと前記第2の処理部の前記第2のクロックとの間のオフセットと、前記第1の処理部の前記第1のクロックと前記第2の処理部の前記第2のクロックとの間の周波数の差と、のうちの少なくとも1つを有する
    請求項16から18のいずれか1項に記載の処理部。
  20. 前記第1の処理部は、有線通信リンクを介してデータを受信および送信する有線通信部と、無線通信リンクを介してデータを受信および送信する無線通信部と、のうちのいずれか一方であり、
    前記第2の処理部は、前記有線通信部と前記無線通信部のうちのもう一方である
    請求項16から19のいずれか1項に記載の処理部。
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