KR101496108B1 - 무선 네트워크에서의 시간 동기화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

브로드캐스트 미디어를 위한 액세스 포인트(6)와 미디어의 수신 및 재생을 위한 복수의 스테이션(2)을 포함하는 무선 미디어 배포 시스템이 제공된다. 각 스테이션은 액세스 포인트로부터 반복적으로 송신되는 비콘 프레임 내의 타임스탬프를 수신 및 디코딩하도록 구성된다. 이것은, 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 위한 클록 소스로서 사용되는 스테이션 물리적 계층 클록(12)의 출력 신호를 제어하는데 사용된다. 이 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜은 미디어의 재생을 조절하기 위한 운영체제 클록(8)을 제어하기 위해 스테이션 내에서 사용될 수 있다.

Description

무선 네트워크에서의 시간 동기화를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TIME SYCHRONISATION IN WIRELESS NETWORKS}
본 발명은 무선 네트워크, 특히 오디오 기능과 비디오 기능 및 다른 멀티 미디어 기능과 같은 무선 네트워크에서 수신 유닛으로부터 허용 퍼포먼스(acceptable performance)를 취득하기 위해 시간 동기화가 중요한 타입의 무선 네트워크에서의 시간 동기화를 위한 방법, 장치, 및 시스템에 관한 것이다.
컴퓨팅 디바이스들, 네트워크 서버들 등의 사이에서 다수의 무선 애플리케이션을 위해 IEEE 802.11 Wi-Fi 표준이 흔히 사용된다. 이것은, 포터블 게이밍 디바이스(portable gaming device)를 이용한 게이밍(gaming)과 같은 다른 멀티 미디어 애플리케이션, 스트리밍 비디오 데이터, 및 스트리밍 오디오 데이터 등의 기능을 위한 도메스틱 애플리케이션(domestic application)에 점점 더 사용되고 있다. 무선 네트워크에서 복수의 스테이션(STA: station)으로 송신될 데이터는 AP(access point)를 통해 제공된다. 이것은 관련있는 데이터를 브로드캐스트(broadcast)하고, 이것은 의도되는 스테이션들 또는 하나 이상의 수신기에 의해 검출된다.
네트워크 내의 각 스테이션은 수신된 데이터의 타입과 관련된 데이터를 프로세싱하기 위한 것과 관련된 회로를 구비할 것이다. 예컨대, 한쌍의 무선 스피커는 각각 오디오 신호의 좌측 채널과 우측 채널을 수신하고, 이 것을 디코딩해야 하고, 청취를 위한 유저에 대하여 이것을 재생(play back)할 것이다. 각 스테이션 내의 회로는 프리 러닝 클록(free running clock)을 가질 것이다. 이것은 일반적으로 크리스탈 기반 오실레이터(crystal based oscillator)이고, 이것은 특별히 정확하게 되지 않을 보통의 것이고, 따라서 스테이션들 사이에서 흔히 다른 것과 서로 동기화되지 않는다. 따라서, 예컨대, 한쌍의 라우드 스피커를 위해, 재생을 제어하기 위해 사용되는 프리 러닝 클록은 점차적으로 좌우측 채널이 덜 동기화되게 하는 다른 라우드 스피커보다 하나의 라우드 스피커에서 더 빨라질 수 있다.
예컨대 인터넷 유선 네트워크와 같은 표준 유선 배포 시스템(standard wired distribution system) 상에 스트릭트 타이밍 메카니즘(strict timing mechanism)을 제공하기 위해 NTP 예컨대 NTPRFC1305와 같은 시간 프로토콜(time protocol)이 흔히 사용된다.
이러한 NTP는 흔히 사용되는 프로토콜이고, 오디오 등의 다수의 애플리케이션을 위해 무선 네트워크에서 데이터의 송신시에 이것을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 무선 시스템 내의 NTP와 같은 시간 프로토콜은, 시스템 내의 상이한 유닛 간의 비대칭도(degree of asymmetry)와 다를 수 있는 비대칭 수신 및 송신 경로를 경험하기 때문에 문제가 발생한다. 따라서, Wi-Fi 네트워크를 통해 NTP와 같은 시간 프로토콜을 사용하는 스테이션은, 비대칭 경로로 인한 부정확함으로 어려움을 겪게 되고, 이에 따라 다른 스테이션들과 동기화되지 않을 수 있다.
IEEE802.11와 같은 Wi-Fi 송신 표준은 우선 사항으로서 수신기에 의해 프로세싱될 필요가 있는 액세스 포인트(AP: Access Point)에서의 물리적 계층 클록에 의해 제공되는 타이밍 비콘(timing beacon)(TSF: time synchronization function)을 포함하고, 또한 이것은 AP와 각 스테이션 사이의 빠르고 직접적인 반대칭 경로(fast and direct half-symmetrical path)를 형성한다. 각 스테이션에서의 Wi-Fi 수신기는 스테이션에서 프로세싱 회로에 의해 사용되는 자신의 물리적 계층 프리 러닝 클록(physical layer free running clock)을 구비한다. 이것은, 수신된 Wi-Fi 신호에서의 AP로부터 타이밍 비콘과 동기화하기 위해 리셋(reset)된다. 따라서, 수신기 내의 물리적 계층 클록은 TSF를 사용하여 동기화될 수 있다. Wi-Fi 수신기 내의 STA 프리 러닝 클록과 수신된 AP-TSF 사이의 차이는, STA 스테이션 클록과 AP 클록 사이에 에러를 제공하고, 이것은, 복수의 스테이션들에서의 스테이션 클록이 더 엄밀하게 동기화되도록 하기 위해 상위 레벨(higher level)의 시간 동기화 방법(NTP 등)에 대하여 더 질좋은 보정값(finer correction value)을 제공하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 무선 미디어 배포 시스템에서 송신되는 미디어의 수신과 재생을 위한 무선 스테이션이 제공되고, 이 스테이션은,
타임스탬프(timestamp)에 의존하여 출력 클록 신호를 제어하도록 구성되는 물리적 계층 클록을 포함하고, 브로드캐스트 비콘 프레임(broadcast beacon frame)과 여기에 포함된 타임스탬프를 반복적으로 수신 및 디코딩하기 위한 수신기와 디코더 회로를 더 포함하는, 물리적 계층;
전송 계층 시간 동기화 프로토콜을 사용하여 동작하고, 물리적 계층 클록으로부터 클록 신호를 전송 계층 시간 동기화 프로토콜에 의한 클록 소스로서 사용하기에 적합한 형태로 변환하기(convert) 위해 물리적 계층 클록에 접속되는 클록 인터페이스를 포함하는, 전송 계층; 및
미디어의 수신 및 재생을 위해 전송 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 제어되는 운영 체제(operating system)을 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 무선 미디어 배포 시스템에서 송신되는 미디어의 수신 및 재생을 위해 무선 스테이션에서의 운영 체제를 제어하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은,
스테이션의 물리적 계층에서 브로드캐스트 비콘 프레임을 수신하는 단계;
타임스탬프를 도출하기 위해 비콘 프레임을 디코딩하는 단계;
타임스탬프에 의존하여 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 제어하는 단계;
물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 전송 계층에서의 전송 계층 시간 동기화 프로토콜에 의한 클록 소스로서 사용하기에 적합한 형태로 변환하는 단계; 및
전송 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 미디어 수신 및 재생을 위해 운영 체제 클록을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 미디어의 수신 및 재생을 위한 복수의 스테이션 및 미디어를 브로드캐스트하기 위한 액세스 포인트를 포함하는 무선 미디어 배포 시스템이 제공되고,
액세스 포인트는, 액세스 포인트에서의 물리적 계측 클록으로부터 도출되는 타임스탬프를 포함하는 비콘 프레임을 반복적으로 송신하도록 구성되고,
각 스테이션은, 각 비콘 프레임 내의 타임스탬프를 수신 및 디코딩하고, 타임스탬프에 의존하여 스테이션 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 제어하고, 스케이션의 전송 계층에서의 전송 계층 시간 동기화 프로토콜을 위한 클록 소스로서 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 사용하도록 구성된다.
본 발명의 이러한 양상 및 다른 양상은 이제 참고가 되어야 할 청구범위에서 더 정확하게 규정된다.
이제 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 예시의 방법으로 상세히 설명할 것이다.
도 1은 예시적 시간 프로토콜로서 NTP를 사용하는 본 발명이 적용될 수 있는 타입의 Wi-Fi 네트워크를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 동기화를 위해 사용되는 AP 및 STA에서의 물리적 계층 클록에 의한 도 1의 어레인지먼트(arrangement)를 나타낸다.
도 3은 AP 물리적 계층 클록 및 관련 회로의 개략적 다이어그램을 나타낸다.
도 4는 STA 물리적 계층 클록 및 관련 회로의 제1 실시형태를 나타낸다.
도 5는 STA 물리적 계층 클록 및 관련 회로의 제2 실시형태를 나타낸다.
도 6은 Wi-Fi 시스템의 애플리케이션 계층에서의 물리적 계층 클록 및 NTP 클록과 회로 사이의 관계를 나타낸다.
도 1은 NTP 등의 애플리케이션 계층 프로토콜을 사용하는 2개의 무선 스테이션을 시간 동기화하기 위한 공지의 기술을 나타낸다. 이 실시예에서는, 미디어 소스(4)로부터의 미디어를 재생하는 2개의 스테이션(STA)(2)이 있다. 미디어 소스는 AP(6)(예컨대, 로컬 컴퓨터 또는 네트워크 드라이브에 저장됨)에 접속된 인터넷(예컨대, 스트리밍 서비스)에 배치되거나, 스테이션들 중 하나로부터 도출될 수 있다(예컨대, 미디어는 DAB를 통해 브로드캐스트될 수 있고, DAB 수신기가 장착된 하나의 스테이션에서 수신되고, Wi-Fi를 통해 다른 스테이션에 제공될 수 있음). 2개의 스테이션은 미디어를 동시에 재생하는 것을 목적으로 한다. 이것은, 2개의 스테이션으로부터 동시에 동일한 미디어를 재생[예컨대, 멀티-룸 플레이 백(multi-room playback)]하거나 미디어의 상이한 콤포넌트(component)[상이한 라우드 스피커에 제공되는 좌측 스테레오 채널과 우측 스테레오 채널]를 동시에 재생하는 것을 포함할 수 있다.
미디어의 재생은 각 스테이션(2)에서의 운영 체제(OS) 소프트웨어 클록(8)에 의해 제어되고, 2개의 스테이션은 개별 OS 클록(8)에 의해 결정되는 재생 레이트(rate of playback)에 의해 특정 시간에 재생을 개시하도록 배열될(arranged) 수 있다. 그러나, 이것은 서로 동기화되는 스테이션들 내의 OS 소프트웨어 클록을 필요로 한다. 일반적으로, 이것은 NTP(다른 유사한 시간 프로토콜이 사용될 수 있더라도)를 사용하여 달성된다. NTP는 각 스테이션에서 OS 소프트웨어 클록을 제어하는데 사용될 수 있는 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜이다. NTP에 의해, 각 스테이션은 인터넷[통상적으로 아토믹 클록 서버(atomic clock server)]을 통해 액세스 가능한 시간 서버(10)를 주기적으로 폴링(polling)한다. 이것은 시간값을 리턴(return)시키고, NTP는 "실제(real)" 시간값을 예측하기 위해 다른 측정된 네트워크 통계와 결합하여 이것을 사용할 수 있다. 이상적 네트워크 환경(유선 이더넷 LAN 등)에서, NTP는 멀티 룸 재생을 위해 충분한, 양호한 동기화(~1ms 정확도)를 부여할 수 있다.
그러나, Wi-Fi 등의 무선 환경에서 상기한 바와 같은 NTP 기반 솔루션을 사용하는 데에는 문제점이 있다. 특히, 비대칭 수신 및 송신 경로는 NTP에 의해 적용되는 부정확한 예측을 초래할 수 있고, 이에 따라 각 스테이션에서의 OS 소프트웨어 클록은 상기한 바와 같이 적절하게 동기화되지 않을 것이다. 또한, 좌측/우측 스테레오 채널 동기화 등의 애플리케이션을 위해, NTP가 통상적으로 달성할 수있는 더 높은 정확도(약 10microsec)가 요구된다. 따라서, 상기 타입의 NTP 기반 시스템은 특히 좌측/우측 채널 동기화뿐만 아니라 일부 멀티 룸 애플리케이션에도 적합하지 않다.
대안으로서의 종래의 솔루션은 NTP로부터 완전히 떠나지만, 이 솔루션들은, 일반적으로 등록된 동기화 프로토콜을 사용함에 따른 자체의 문제점들을 야기한다. 이것은 비표준 STA가 사용되는 것을 초래한다[일반적으로 다른 것과의 동기화를 위해 하나가 마스터(master)로서 기능해야 함에 따름].
또한, 이것은, 일부 스테이션들이 무선이고, 다른 스테이션들은 유선 네트워크에 접속되는 임의의 혼합된 시스템들을 불가능하게 한다.
본 발명의 실시형태는, 각 스테이션(2)에서 OS 클록(8)을 동기화하기 위해 NTP 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜의 사용을 유지한다. 그러나, 이 경우에, 클록을 동기화하기 위한 원격 시간 서버(10)를 폴링하는 NTP 대신에, 각 스테이션(2)에서의 OS 소프트웨어 클록은 시간 소스로서 그 스테이션에서의 물리적 계층 클록(12)을 사용한다. 또한, NTP가 사용하는 시간 소스는 스위칭 가능(switchable)하다. 일부의 경우에, NTP 정확도는 인터넷 기반 시간서버(10)를 사용하여 적합하게 된다(예컨대, 다수의 멀티 룸 시스템 또는 혼합 유선 및 무선 스테이션들이 있는 경우). 더 높은 정확도가 요구되는 다른 경우에, NTP 시간 소스는, 이 경우에 있어서 각 스테이션 및 액세스 포인트에서의 무선 통신을 제어하는데 사용되는 물리적 계층 클록인 더 정확한 소스로 스위칭된다. 각 스테이션 및 액세스 포인트는 자신의 물리적 계층 클록을 갖는다. 예컨대, 물리적 계층 클록은, Wi-Fi 시스템에서 클록킹 프레임 데이터 레이트(clocking frame data rate)를 위해 IEEE802.11로 사용된다.
이것은, 도 2를 참조하여, 물리적 계층 클록(12)이 각 스테이션에서의 OS 소프트웨어 클록(8)을 위하여 동기화의 소스가 되도록 하기 위해, 각 스테이션에서의 OS 소프트웨어 클록(8)이 NTP를 사용하여 물리적 계층 클록(12)을 폴링하는 것으로 예시되어 있다. 각 스테이션에서의 물리적 계층 클록(12)은 액세스 포인트(6)에서의 물리적 계층 클록(14)에 더 동기화된다.
NTP가 각 스테이션에서의 물리적 계층 클록(12)을 타이밍 소스로서 사용하고, 이 경우에, 시스템이 Wi-Fi 기반이면, 2개 이상의 스테이션(2)에서 실질적으로 동기화하기 위해 시간 동기화 기능이 액세스 포인트(6)에서의 물리적 계층 클록(14)으로 교환되는 이러한 어레인지먼트를 도 2가 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 재생될 미디어는 인터넷으로부터의 스트리밍 서비스를 통해, 액세스 포인트(6)에 접속된 유닛을 통해 제공되거나, 대안으로서 스테이션들 중 하나에서 내장될(embedded) 수 있다.
이러한 어레인지먼트를 사용하여, 각 스테이션이 OS 소프트웨어 클록을 NTP를 사용하여 자신을 물리적 계층 클록에 독립적으로 동기화시키는 것이 인식될 것이다. 이 동기화는 스테이션들 중에 배포되고, 이에 따라 미리 규정된 체계(hierarchy)가 요구되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같은 Wi-Fi 시스템의 경우에, 각 스테이션에서의 물리적 계층 클록(12)은 TSF(timing synchronization functin)을 사용하는 동기화에서 유지된다. 이것은 RF를 사용하는 이것들의 송신 및 비콘 프레임의 주기적인 생성을 포함한다. 이 비콘 프레임은 AP에 의해 브로드캐스트되고 이에 따라 모든 스테이션에 의해 수신된다.
도 3은 액세스 포인트(6)에서의 물리적 계층 클록(14)의 동작을 개략적으로 나타낸다. 이것은, 각 클록 "틱(tick)" 또는 클록 사이클에서의 증가(increment)에 대하여 배열되는 카운터 및 클록킹 신호(clocking signal)을 생성하는 프리 러닝 로컬 오실레이터(예컨대, 로컬 크리스탈 오실레이터)(16)를 포함한다. 프레이밍 유닛(framing unit)(20)은 주기적으로 비콘 프레임을 생성하고, Wi-Fi 안테나(24)에 연결된 RF 프론트 엔드 회로(front-end circuitry)(22)를 사용하여 이것을 송신한다. 모든 스테이션(2)에 의해 브로드캐스트되고 수신되는 각 비콘 프레임은 AP 카운터(18)로부터의 카운터값의 카피(copy)를 포함하는 타임스탬프 필드(timestamp field)를 포함한다. 비콤 프레임을 송신하는 이러한 특징은 Wi-Fi 표준(IEEE802.11)의 일부이다.비콘 프레임의 송신은 빠르고, 직접적이며, 모든 스테이션들은 실질적으로 동시에 프레임을 수신한다. 비콘 프레임과 TSF는 통상적으로 100ms 정도마다 브로드캐스트한다.
본 발명의 이 실시형태가 어떻게 동작하는지 완전히 이해하기 위해, 각 스테이션(2)에서의 물리적 계층 클록의 구조를 이해할 필요가 있다. 이것이 도 4에 도시되어 있다.
액세스 포인트(6)에서와 마찬가지 방식으로, 스테이션(2)은 로컬 크리스탈(local crystal)(28)로부터 형성된 프리 러닝 오실레이터를 갖는다. 액세스 포인트에서 발생하는 바와 같이, 각 클록 "틱"에서의 각 클록 사이클 상에서 카운터(30)가 증가된다. 각 스테이션에서의 프리 러닝 오실레이터(28)는 액세스 포인트에서의 프리 러닝 오실레이터와 동일한 주파수를 갖는 클록 신호를 생성해야 하는 것이 목적이다. 그러나, 각 오실레이터에서 사용되는 개별 크리스탈들 사이에 변화가 있고, 그 결과로서 이 변화들은 약간 상이한 레이트(rate)로 러닝(running)한다. 액세스 포인트와 스테이션들 각각에서 이 카운터들이 약간 상이한 레이트로 증가하게 될 것이기 때문에 주기적으로 동기화되더라도 동기화들 사이의 시간에 걸쳐 드리프트(drift)할 것이다.
이 주파수 변화와 드리프트를 처리(deal with)하기 위해, RF 프론트 엔드(32)를 통해 스테이션이 비콘 프레임을 수신하면, 타임스탬프 필드는 디코딩 블록(34)에 의해 추출된다. 이 타임스탬프 필드는 액세스 포인트에서의 카운터의 카운터값을 포함한다. 이어서 액세스 포인트로부터의 이 카운터값은 스테이션 내의 카운터(30)로 카피(copy)된다. 따라서, 각 시간 비콤 프레임과 타임스탬프가 수신되고, 스테이션에서의 카운터(30)는 액세스 포인트(6)에서의 카운터(18)의 값에 재동기화된다. 비콘 프레임이 RF 주파수로 송신됨에 따라 송신에 포함되는 시간 지연이 무의미하게 된다. 또한, 비콘 프레임과 타임스탬프는 Wi-Fi 표준 내에서 저레벨 펑션(low level function)이고, 추가 보상을 필요로하는 현저한 프로세싱 지연에 서브젝팅(subjecting)되지 않고, 이에 따라 무의미한 지연이 적용된다.
물리적 계층 클록(18)과 액세스 포인트에서의 그 대응하는 것(equivalent)은 실리콘으로 형성된 모노토닉 하드웨어 카운터(monotonic hardware counter)인 카운터와 크리스탈 오실레이터를 포함한다. Wi-Fi 칩에서, 공통 클록 신호로서 상부 프로세싱 계층에 대하여 이용가능한 로우 레이턴시 카운터(low latency counter)로서 전체 칩에 의해 사용되는 것이 이 카운터이다. 일실시예에서, 클록은 192 KHz에서 24 비트 카운터 틱킹(ticking)을 포함할 수 있지만, 다른 비트 깊이와 주파수가 가능하고, NTP에 대한 적절한 입력을 형성하기 위해 이것들이 분석된다(parsed).
또한, 여기에 도시된 실시형태에서, 스테이션 물리적 계층 클록은, 카운터(30)를 레이트 컨트롤(rate-control)하기 위해 사용되는 추가 기능을 포함한다. 비콤 프레임들 사이의 다이버전(diversion)이 최소화되고, 완전히 제거될 수 있도록 하기 위해, 액세스 포인트 카운터(18)와 가능한 한 가깝게 스테이션 카운터(30)를 정렬(align)하기 위해 이것이 제공된다. 본 실시예에서, 도 4에 도시된 스테이션 물리적 계층 클록은 로컬 크리스탈 오실레이터(28)와 카운터(30) 사이에 연결되는 레이트 조정 모듈(rate adjustment module)(36)을 갖는다. 이것은, 조정될 크리스탈에 의해 카운터(30)가 증가되는 레이트를 가능하게 한다. 예컨대, 레이트 조정 모듈은 카운터(30)에 제공되는 틱 레이트(tick rate)를 제어하는 소프트웨어 모듈이 될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이트 조정 모듈은 카운터(30)에 공급되는 틱 레이트를 제어하는데 사용되는 위상 고정 루프(phase locked loop)와 같은 하드웨어 모듈이 될 수 있다. 레이트 조정 모듈(36)은, 액세스 포인트 로컬 크리스탈 오실레이터(16)가 액세스 포인트 카운터(18)를 증가시키는 레이트와 가능한 한 근접하게 매칭시키기 위해 클록 신호가 카운터(30)를 증가시키는 레이트를 조정하는데 사용된다. 이것은 타임 스탬프 기록과 에러 산출 유닛(38)을 사용함으로써 달성된다. 이것은 각각의 디코딩된 비콘 프레임으로부터 타임스탬프를 수신하고, 타임스탬프에 포함된 액세스 포인트 카운터값과 스테이션 카운터(30)로부터의 현재 카운터값 사이의 차이를 산출한다. 이것은, 스테이션 카운터(30)가 액세스 포인트 카운터값에 의해 덮어쓰기(overwriting)되기 전에, 산출된다. 카운터(30)가 업데이트되는 각각의 시간과 실질적으로 동시에 모티너링되는 값을 업데이트함으로써 카운터(30)의 값을 반복적으로 모니터링하기 위한 타임스탬프 및 에러 산출 유닛에 의해 이것이 달성될 수 있다. 대안으로서, 타임스탬프 및 에러 산출은 판독되는 STA 카운터와 비콘 프레임의 도달 사이의 클록 틱의 수를 카운트할 수 있고, 이에 따라 클록 신호를 보정(correct)할 수 있다.
따라서, 타임스탬프 및 에러 산출 유닛(38)은 마지막 비콘 프레임의 수신시까지 액세스 포인트와 스테이션 카운터(18 및 30)가 드리프트되는(drifted) 차이 또는 액세스 포인트와 스테이션 카운터 사이의 차이를 나타내는 액세스 포인트와 스테이션 카운터(18 및 30) 사이의 에러값을 제공한다.
따라서 도출된 에러값은 레이트 보정 산출 모듈(40)로 제공될 수 있다. 도출된 에러에 대하여 스테이션 카운터를 조정하기 위해 레이트 조정 유닛(36)을 어떻게 제어하는지에 대하여 결정하는데 이것이 사용된다. 이것을 달성하는 한가지 방법은, 이전 보정 및 현재 에러값 이후에 흐른 시간에 대한 인식(knowledge)에 의한 것이다. 이 정보는, 에러값과의 조합으로, 스테이션 카운터와 액세스 포인트 카운터 사이의 드리프트량이 결정될 수 있게 한다. 이어서, 크리스탈로부터의 클록 신호는, 액세스 포인트 카운터(18)의 레이트에 더 가까운 레이트에서 스테이션 카운터(30)를 증가시키기 위해, 레이트 조정 유닛(36)에서 조정될 수 있다. 각 타임스탬프의 수신시에 이것이 반복적으로 발생하기 때문에, 에러는 시간의 비교적 짧은 기간에 걸쳐 최소를 향하는 경향이 있어야 하고, 레이트 조정 회로와 충분히 정확한 에러 산출을 사용하는 것은 액세스 포인트와 스테이션 카운터(18 및 30)의 밀접한 얼라인먼트(close alignment)를 가능하게 할 것이다.
각 스테이션에서 개별 물리적 계층 클록을 사용함으로써 각 스테이션(2)에서 동일한 기술이 독립적으로 수행된다. 이것은, 각 스테이션에서의 카운터가 액세스 포인트 카운터와 각각의 다른 스테이션 카운터에도 밀접하게 동기화되게 할 것이다.
상기 물리적 계층 클록 보정 기술은 Wi-Fi 표준의 일부가 아니다. 그러나, 우리는, Wi-Fi 드라이버에 대한 저레벨 액세스가 이루어질 수 있고, 이것은 수신된 비콘 프레임과 카운터값에 대한 액세스를 가능하게 하는 것으로 인식하였다. 따라서, 액세스 포인트와 스테이션들 사이의 더 밀접한 동기화를 얻기 위해 이것들이 사용된다.
에러 산출 및 레이트 조정을 사용하지 않고 상기 실시형태가 구현될 수 있다. 비콘 프레임의 수신 사이의 로컬 오실레이터들 간에 더 큰 드리프트가 있고, 동일한 드리프트가 반복되어 레이트 조정 및 클록 보정 모듈을 사용하여 감소되지 않을 수 있다.
각 스테이션에서의 물리적 계층 클록의 다른 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 이것은 로컬 크리스탈 오실레이터(28) 및 카운터(30)를 포함한다. RF 프론트-엔드 회로(RF front-end circuitry)(32) 및 디코딩 유닛(34)은 비콘 프레임들을 수신하고, 이들로부터 비콘 프레임들로부터의 액세스 포인트 카운터값을 사용하여 스테이션 카운터(30)를 디코딩하고 업데이트한다.
본 실시예에서, 스테이션 카운터(30)를 제어하는 레이트 대신에, 물리적 계층 클록은, 액세스 포인트 카운터가 수신되는 시간에 액세스 포인트 카운터와 스테이션 카운터에 대응하는 한쌍의 값을 생성한다. 이것들은 타임스탬프 및 쌍 생성 유닛(pair generation unit)(42)에서 생성된다. 이것을 연관된 액세스 포인트(correlated access point) 및 스테이션 카운터 쌍이라 한다. 이것을 달성하기 위해, 액세스 포인트 카운터의 도달 시간은 그 타임스탬프로부터 판독/도출되는 스테이션 카운터값과 스테이션 카운터(30)에 의해 스탬프되는(stamped) 시간이 된다. 연관된 카운터 쌍이 생성되면, 프로세싱을 위한 상위 스프트웨어 계층(higher software layer)들을 통과할 수 있다. 이들 상위 계층들은 스테이션 크리스탈과 액세스 포인트 크리스탈(28) 사이의 레이트 차이의 보상을 수행할 수 있다. 예컨대, 이것은 후술하는 바와 같이 NTP 클록 인터페이스에 의해 수행될 수 있다. 액세스 포인트와 스테이션 카운터 쌍이 동일한 타임스탬프에 연관되기 때문에, 쌍을 프로세싱하기 위한 상위 계층들이 얼마간의 시간을 취하고 보상을 수행하는 경우에, 이것은 상관이 없다.
본 실시예에서, 상위 소프트웨어 계층들은, 스테이션에서 수신되는 비콘 프레임들 사이의 시간 기간의 코스(course)에 걸쳐 액세스 포인트 카운터로부터 스테이션 카운터가 얼마나 벗어나는지(diverge)를 모니터링하기 위해, 연관된 카운터 쌍을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 이 벗어남(divergence) 또는 드리프트의 정확도를 향상시키기 위해 몇개의 비콘 프레임들에 걸쳐 이것이 모니터링된다. 이 드리프트가 알려지면, 상위 소프트웨어 계층은 마지막 비콘 프레임 이후의 시간을 결정하고, 이 기간에 스테이션 카운터가 얼마나 벗어나는지를 산출하고 이에 따라 현재 카운터값을 조정함으로써 스테이션 카운터값을 레이트 보상할(rate compensate) 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 물리적 계층 클록의 실시형태 중 하나를 사용함으로써, 각 스테이션(2)은 액세스 포인트 카운터(18)에 대한 향상된 동기화를 갖는 카운터(30)를 갖는다. 충분한 정확도로 구현되면, 스테이션과 액세스 포인트 카운터는 실질적으로 동기화될 것이다.
그러나, 물리적 계층 클록 내의 카운터는 NTP에 의해 사용을 위해 그 자체가 적합한 것은 아니다. 이 때문에, Wi-Fi 시스템의 애플리케이션 계층에서의 NTP 클록 인터페이스가 도 6에 도시된 바와 같이 요구된다. 이 인터페이스(50)는 물리적 계층 클록(52)으로부터 현재 카운터값을 취한다. 도 5를 참조하여 설명한 제2 실시예가 사용되면, 비콘 프레임들의 수신 사이의 모든 드리프트를 조정하기 위해 이것이 레이트 보상될 수 있다. NTP 클록 인터페이스는, NTP에 의한 사용을 위해 적합한 형태가 되도록, 즉 인터넷 클록 서버에 의해 제공되는 것과 유사한 형태로 배치되도록, 물리적 계층 클록을 분석한다. 스테이션들 사이의 미디어 재생을 동기화하는 목적을 위해, NTP 클록 인터페이스가 날짜의 정확한 시간을 제공하는 경우에 이것은 상관없지만, 모든 스테이션들과 그 클록들이 동일 시간에 동기화되는 것이 중요하다.
NTP 소스 셀렉터(source selector)(54)는, NTP 클록 인터페이스(50)를 통한 물리적 계층 클록 또는 클록 소스에 기초하는 하나 이상의 인터넷 중 어느 하나로부터 NTP 클록을 선택하도록 구성된다. 이 선택은 요구되는 정확도의 레벨, 또는 전체 시스템의 구성, 또는 적합한 다른 팩터(factor)들에 기초할 수 있다. 그 이후에, NTP는 기존의 알려진 유선 네트워크 환경에서와 동일한 방식으로 동작한다. NTP는 클록 소스를 주기적으로 폴링(polling)하고, 선택된 NTP 소스는 선택된 소스로부터 클록 폴링을 위한 RTT(round trip time)에 기초하는 표준 NTP 예측 알고리즘을 적용하는 NTP 정확도 예측기(56)로 클록값을 제공한다. 일실시예에서, 상기 알고리즘은, 클록 소스가 스테이션에 대하여 내부에 있더라도(매우 짧은 RTT), 변경되지 않고 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 알고리즘은 클록 소스의 로컬 네이처(local nature)을 고려하기 위해 최적화될 수 있다. NTP 조정은, 클록 소스값과 예측에 기초하여 스테이션에서 운영체제 소프트웨어 클록(8)에 대하여 이루어진다.
이 동일한 프로세스가 모든 스케이션에서 수행된다. 도 4 또는 도 5의 회로를 사용하여 달성되는 물리적 계층 클록들 사이의 동기화로 인해, 동기화된 운영체제 소프트웨어 클록이 각 스테이션에서 얻어진다. 따라서, 각각 다른 스테이션에서의 동기화에 있어서, 미디어가 스테이션에서 청취(오디오의 경우)되도록, 동기화된 운영체제 소프트웨어 클록을 사용하여, 상이한 스테이션에서의 미디어 재생이 동기화된다.
상기 시스템에 대한 추가의 향상은 동기화의 상태에서의 각 스테이션에 추가 정보를 제공하기 위해 Wi-Fi의 추가 피처(feature)를 사용할 수 있다. Wi-Fi 표준은 (다른 것들 중에서) 지원되는 데이터 레이트로 정보를 제공하기 위해 스테이션으로부터 액세스 포인트로 전송되는 "프로브 요청(probe request)" 프레임을 포함한다. 그러나, 프로브 요청 프레임은 또한 다른 정보를 위해 사용될 수 있는 벤더 특정 필드(vendor specific field)를 갖는다. 예컨대, 액세스 포인트 카운터와 스테이션 카운터 사이의 차이를 나타내는 가장 최근에 산출된 에러값은 필드 내에 포함될 수 있다. 프레임이 우선적으로 액세스 포인트로 전송되지만, 이것은 실제로, 다른 모든 스테이션들이 이것을 수신할 수 있다는 것을 의미하는 Wi-Fi 네트워크를 통한 브로드캐스트(broadcast)이다.
하나 이상의 스테이션은 다른 스테이션으로부터 에러값에서 정보를 수집할 수 있고, 이것은 시스템 퍼포먼스를 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 예컨대 NTP 셀렉터로의 입력으로서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 에러가 모두 충분히 적으면, 이것은 TSF 기반 클록 소스로 스위칭할 수 있고, 또는 반대로, 열악한 수신(poor reception)으로 인해 STA가 높은 에러를 가지면, 인터넷 기반 소스는 더 신뢰 가능하게 될 수 있고, NTP 셀렉터에 의해 선택되어야 한다. 다른 실시예에서, 이것은, 상이한 스테이션이라도 좌측과 우측 스테레오 채널을 분리하기에 에러가 충분히 낮은지의 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 결정의 결과가 분리이면, 좌우측 채널은 충분히 동기화되지 않을 것이고, 시스템은, 각 채널을 통해 동일한 미디어(오디오) 재생으로 복귀하도록, 즉, 어떠한 스테레오 분리 없이, 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 스테레오 채널이 출력되게 하는 STA의 충분한 정확도가 달성되게 하기 위해 유저 사이트(user site)가 도움이 되도록, 상기 정보가 유저에게 제공될 수 있다. 이것은 특히 현저한 멀티 패스 디스토션(multi path distortion)이 있는 환경에서 유용하다.

Claims (24)

  1. 무선 미디어 배포 시스템에서 송신되는 미디어의 수신 및 재생을 위한 무선 스테이션(wireless station)에 있어서,
    물리적 계층 클록(physical layer clock)을 포함하고, 브로드캐스트 비콘(broadcast beacon)과 상기 브로드캐스트 비콘에 포함된 타임스탬프(timestamp)를 반복적으로 수신 및 디코딩하기 위한 수신기 및 디코더 회로를 더 포함하는 물리적 계층으로서, 상기 물리적 계층 클록은 상기 타임스탬프에 의존하여 그 출력 클록 신호를 제어하도록 구성되는, 물리적 계층;
    애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 사용하여 동작하고, 상기 물리적 계층 클록으로부터의 클록 신호를, 상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 클록 소스로서 사용하기에 적합한 형태로 변환하기 위해, 상기 물리적 계층 클록에 접속되는 클록 인터페이스를 포함하는 애플리케이션 계층; 및
    미디어의 재생을 조절(regulating)하기 위해 상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 제어되는 운영체제 클록을 포함하는, 무선 스테이션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 애플리케이션 계층은, 상기 물리적 계층 클록에 접속되는 상기 클록 인터페이스와 외부 클록 소스 사이에서 선택하기 위해 동작가능한 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜 소스 셀렉터(selector)를 포함하는 것인, 무선 스테이션.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외부 클록 소스는 인터넷 기반 클록 소스인 것인, 무선 스테이션.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 물리적 계층 클록은, 크리스탈 오실레이터(crystal oscillator)와 카운터를 포함하고, 상기 출력 클록 신호는 상기 카운터에서의 값을 상기 수신된 타임스탬프 내의 값으로 덮어쓰기(overwriting)함으로써 제어되는 것인, 무선 스테이션.
  5. 제4항에 있어서, 상기 물리적 계층 클록은, 상기 타임스탬프 내의 수신된 값과 현재 물리적 계층 클록 카운터값 사이의 에러를 결정하고 상기 에러에 의존하여 상기 물리적 계층 클록이 증가되는 레이트(rate)를 조정하기 위한 레이트 제어 회로(rate control circuitry)를 더 포함하는 것인, 무선 스테이션.
  6. 제5항에 있어서, 상기 레이트 제어 회로는, 상기 타임스탬프와 상기 현재 물리적 계층 클록 카운터값을 수신하고, 그 사이의 상기 에러를 도출하는 에러 산출 유닛; 상기 에러를 수신하고 상기 에러에 의존하여 레이트 보정(rate correction)을 도출하는 레이트 보정 산출 유닛; 및 상기 크리스탈 오실레이터와 상기 카운터 사이에 연결되고, 상기 레이트 보정 산출 유닛 출력을 수신하고, 이 출력에 의존하여 상기 카운터가 증가하는 레이트를 조정하는 레이트 조정 유닛을 포함하는 것인, 무선 스테이션.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적 계층은, 타임스탬프 및 쌍 생성 유닛에서, 상기 물리적 계층 클록과, 상기 타임스탬프가 수신되는 시간에 수신된 타임스탬프로부터의 값들의 쌍을 생성하도록 구성되고, 상기 애플리케이션 계층은, 상기 값들의 쌍을 수신하기 위한 인터페이스를 포함하고, 상기 값들의 쌍에 의존하여 그 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 보상하도록 구성되는 것인, 무선 스테이션.
  8. 제5항에 있어서, 상기 스테이션은 다른 스테이션들로부터 에러값들을 수신하고, 상기 에러값들로부터 시스템 퍼포먼스의 향상(improvements)을 결정하도록 구성되는 것인, 무선 스테이션.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다른 스테이션들로부터의 상기 에러값들은 상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜 소스 셀렉터를 제어하기 위해 사용되는 것인, 무선 스테이션.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 스테이션은 Wi-Fi 송신 표준을 사용하는 것인, 무선 스테이션.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애플리케이션 계층은 그 시간 동기화 프로토콜로서 NTP(Network Time Protocol)를 사용하는 것인, 무선 스테이션.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이션에 미디어 소스가 연결되어 있는 것인, 무선 스테이션.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 인터넷을 통해 미디어 소스가 액세스되는 것인, 무선 스테이션.
  14. 제8항에 있어서, 상기 스테이션은, 한쌍의 스테레오 채널 중 하나를 재생하도록 구성되고, 상기 다른 스테이션들로부터의 상기 에러값들은 상기 한쌍의 스테레오 채널 사이의 동기화를 결정하는데 사용되는 것인, 무선 스테이션.
  15. 무선 미디어 배포 시스템에서 송신되는 미디어의 수신 및 재생을 위한 무선 스테이션 내의 운영체제 클록을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 스테이션의 물리적 계층 내의 브로드캐스트 비콘 프레임을 수신하는 단계;
    타임스탬프를 도출하기 위해 상기 브로드캐스트 비콘 프레임을 디코딩하는 단계;
    상기 타임스탬프에 의존하여 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 제어하는 단계;
    상기 물리적 계층 클록의 상기 출력 클록 신호를, 애플리케이션 계층 내의 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 클록 소스로서 사용하기에 적합한 형태로 변환하는 단계; 및
    상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜에 의해 미디어 재생을 조절하기 위해 운영체제 클록을 제어하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 위한 클록 소스로서의 상기 물리적 계층 클록과 외부 클록 소스 사이에서 선택하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 외부 클록 소스는 인터넷 기반 클록 소스인 것인, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 제어하는 단계는, 상기 물리적 계층 클록 내의 카운터 값을 상기 타임스탬프 내의 값으로 덮어쓰기(overwriting)하는 단계를 포함하는 것인, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서, 현재 물리적 계층 클록 카운터 값과 상기 타임스탬프 내의 값 사이의 에러를 결정하는 단계 및 상기 에러에 의존하여 상기 물리적 계층 클록이 증가하는 레이트를 조정하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 에러로부터 레이트 보정을 도출하는 단계 및 상기 레이트 보정에 의존하여 상기 카운터가 증가되는 레이트를 조정하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  21. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적 계층 클록과, 상기 타임스탬프가 수신되는 시간에 수신된 타임스탬프로부터의 값들의 쌍을 생성하는 단계; 상기 애플리케이션 계층에 대한 인터페이스에 상기 값들의 쌍을 제공하는 단계; 및 상기 값들의 쌍에 의존하여 상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 보상하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  22. 제19항에 있어서, 다른 스테이션들로부터 에러값들을 수신하는 단계 및 상기 에러값들로부터 시스템 퍼포먼스의 향상(improvements)을 결정하는 단계를 포함하는, 무선 스테이션 내의 운영체제 클록의 제어 방법.
  23. 미디어를 브로드캐스트하기 위한 액세스 포인트와 미디어의 수신 및 재생을 위한 복수의 스테이션을 포함하는 무선 미디어 배포 시스템에 있어서,
    상기 액세스 포인트는, 상기 액세스 포인트 내의 물리적 계층 클록으로부터 도출되는 타임스탬프를 포함하는 비콘 프레임을 반복적으로 송신하도록 구성되고,
    각 스테이션은, 각 비콘 프레임 내의 상기 타임스탬프를 수신 및 디코딩하고, 상기 타임스탬프에 의존하여 스테이션 물리적 계층 클록의 출력 클록 신호를 제어하고, 상기 스테이션의 애플리케이션 계층 내의 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜을 위한 클록 소스로서 상기 물리적 계층 클록의 상기 출력 클록 신호를 사용하도록 구성되고,
    상기 애플리케이션 계층 시간 동기화 프로토콜은 미디어 재생을 조절하기 위해 운영체제 클록을 제어하는 것인, 무선 미디어 배포 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 스테이션은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 무선 스테이션을 포함하는 것인, 무선 미디어 배포 시스템.
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