KR20050102668A - 패킷화 네트워크 상에서 기준 클록을 위한 분배 수단을제공하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패킷 네트워크 상에서 일정 수의 기준 클록들을 분배하는 방법을 개시한다. 상기 네트워크는 마스터 노드와 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들을 구비하며, 상기 마스터 노드와 각각의 슬레이브 노드는 기본 클록들을 구비한다. 발신자는 상기 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들에 시간-스탬프화 동기 패킷들을 전송하고, 수신자는 이 시간-스탬프화 동기 패킷들을 수신하여 마스터 노드에서의 기본 클록과 슬레이브 노드들의 기본 클록들과의 동기를 맞춘다. 다수의 기준 클록들은 마스터 노드의 기본 클록들에 대하여 인코딩 되어 마스터 노드의 기본 클록들과 관련된 기준 클록(들)을 나타내는 수치적 정보를 생성하게 된다. 슬레이브 노드 각각에서의 기본 클록은 시간-스탬프화 동기 패킷들을 이용하여 상기 마스터 노드의 기본 클록에 동기가 맞춰진다. 상기한 하나 또는 다수의 기준 클록들은 마스터 노드에서의 기본 클록에 관련된 기준 클록(들)을 기술하는 상기 수치적 정보를 이용하여 슬레이브 노드들에서 복구된다.
Description
본 발명은 디지털 통신 분야에 관한 것으로서, 더 상세하게는 본 발명은 다수의 패킷 네트워크 상에서 클록들을 정렬하는 방법에 관한 것이다.
이전에 시분할 다중화(TDM) 방식의 네트워크 상에서 제공되었던 패킷 네트워크에 대해 통신 서비스를 제공하는 데에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 통신 서비스들의 대부분은 동기화된 클록을 필요로 하며, 이것은 TDM 네트워크의 물리적 계층에 의해 제공되었던 것과 동일한 방식으로 패킷 네트워크의 물리적 계층에 의해 제공되지는 않는다. 그 동안 패킷 네트워크에 대한 동기화의 다양한 접근방식이 제안되어 표준화되었으나(다른 여러 가지 중에서 NTP 및 IEEE 표준 1588을 참조), 이러한 방법들은 통상적으로 단일한 TOD 시간(time-of-day: TOD) 기준을 할당하지는 않는다. 이것은 각각의 연결에 대해 임의의 주파수 부정확성이 허용되었던 독립동기(plesiochronous)형 TDM 네트워크 접속에 대해 이전에 운용되었던 몇몇 서비스들에 대해서는 바람직하게 어울리는 것은 아니며, 따라서 다중 접속은 다중 기준 클록을 수반하였다. 역호환성의 목적을 위해서는 이러한 다중 기준 클록의 가능성이 패킷 네트워크에 대해 지지되는 것이 바람직하다. 이러한 문제에 대한 비이성적인 접근방법은 적응형 클록 복구를 이용하는 것이며, 이것은 비트 클록을 계산하기 위하여 패킷 율(packet rate)의 평균을 내도록 시도한다. 적응형 클록 복구는 패킷-손실의 문제를 극복하기 위해 타임-스탬핑(time-stamping) 및 패킷 시퀀스 번호화(packet sequence numbering)가 이용될 때조차도 빈약한 완더 성능(wander performance)을 갖는 경향이 있다.
도 1은 네트워크에 분배된 클록들의 전체적인 구성을 예시하는 도면이고, 그리고 도 2는 마스터 로컬 타임 대 마스터 DCO 위상을 도시한 그래프이다.
본 발명은 패킷 네트워크를 통해서 다수의 기준 클록들을 분배하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명에 따라 개시된 방법은 하나의 노드당 단일한 기본 클록(basic clock)을 이용하되, 이 기본 클록은 각각의 슬레이브 노드에서 하나의 마스터 노드에 대해 동기화된다. 상기 마스터 노드는 또한 마스터의 기본 클록에 대하여 다수의 기준 클록들을 수치적으로 인코딩한다. 각각의 슬레이브 노드에서 상기 마스터 기본 클록에 동기된 슬레이브 노드의 기본 클록 및 상기 마스터 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 수치적인 정보로써 상기 기준 클록(들)은 높은 정확도로 재구성될 수가 있다.
따라서 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 패킷 네트워크를 통해서 다수의 기준 클록들을 분배하기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은, 하나의 마스터 노드와 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들에서 기본 클록을 제공하는 과정과, 마스터 노드에서 상기 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 수치적 정보를 생성하기 위하여 상기 마스터 노드에서 기본 클록에 관하여 다수의 기준 클록들을 인코딩하는 과정과, 각각의 슬레이브 노드에서의 기본 클록을 타임-스탬프화 동기 패킷들을 이용하여 마스터 노드에서의 기본 클록에 동기를 맞추는 과정과, 그리고 상기 마스터 노드에서의 기본 클록에 관련하여 기준 클록(들)을 기술하는 상기한 수치적 정보를 이용하여 슬레이브 노드에서 상기한 하나 또는 다수의 기준 클록들을 복구하는 과정을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 기본 클록들을 갖는 하나의 마스터 노드 및 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들과, 마스터 노드에서 상기 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 수치적 정보를 생성하기 위하여 상기 마스터 노드에서 기본 클록에 관하여 다수의 기준 클록들을 수치적으로 인코딩하기 위한 수단과, 상기 하나 또는 다수의 슬레이브 노드에 타임-스탬프화 동기 패킷들을 전송하기 위한 송신기와, 상기 타임-스탬프화 동기 패킷들을 수신하고 상기 마스터 노드에서의 기본 클록으로써 상기 슬레이브 노드에서 기본 클록들의 동기를 맞추기 위한 수신기와; 그리고 상기 마스터 노드의 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 상기한 수치적 정보를 이용하여 상기 기준 클록들을 복구하기 위한 슬레이브 노드에서의 수단을 구비함을 특징으로 하는 패킷 네트워크를 제공한다.
본 발명에 따라 개시된 방법을 사용하는 데에는 많은 이점들이 있다. 상기 방법은 허브, 스위치 및 라우터들에 대한 자산상의 변경이 없이 기존의 네트워크 상에서 동작된다. 기준 클록당 최소의 대역폭을 사용하는 가능성으로써 다수의 기준 클록들을 효과적으로 인코딩하는 것이 가능하다. 게다가, 다수의 기준 클록들이 존재할 경우 적응형 클록 복구(Adaptive Clock Recovery) 방법보다 더 양호한 완더 성능(wander performance)을 제공한다. 그러한 상황은 다수의 T1 또는 E1 라인들이 소스 노드에 들어가고 그 각각이 그 자신의 일차적인 기준 클록을 가질 때 발생할 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 목적, 이점 및 다른 측면들은 첨부한 도면들과 결부하여 하기의 실시예에 대한 설명을 참조함으로써 당업자에게 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
이하 본 발명은 특히 예시된 몇 가지의 대표적인 실시예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 그러나 여기에 기술된 물건, 장치 및 방법들은 단지 예시적인 것을 의도하는 하나의 예로서 이해하여야 할 것이다. 특히, 본 발명은 여기에 특정하게 언급된 방법, 물건, 조건, 공정 파라미터, 장치 및 그와 유사한 것들에 한정되는 것만을 의도하는 것은 아니며, 당해 기술 분야의 전문가라면 본 발명의 정신과 교시를 크게 이탈함이 없이도 여러 가지의 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 두 개의 슬레이브 노드들과 하나의 기준 클록을 구비한 간단한 구성을 도시하고 있다. 슬레이브 노드 Q를 위한 기본 클록인 국부 발진기(local oscillator)는 마스터 노드 P에 대한 기본 클록인 국부 발진기에 의해 특징이 주어진다. 이러한 국부 발진기들은 비용 대 이익의 협상을 수행하기 위한 하나의 장소를 제공하는데, 더 좋은 더 비싼 발진기들이라면 더 나은 성능을 제공함은 당연하다.
도 1은 하나의 기준 클록 "클록 A"를 도시한다. 이하 일련의 정렬에 관한 계산이 수행된다.
정렬(Alignment) 1 : 기준 클록 대 마스터 DCO
마스터 노드에서 PPLL 블록의 DCO는 디지털 PLL들을 위한 표준 방식으로 입력 기준 클록 A에 고정(locked)될 것이다: 여기서 PI-컨트롤러는 마스터 DCO(획득 위상고정 루프-acquisition PLL)를 기준 클록에 고정시킬 것이다.
정렬(Alignment) 2 : 마스터 DCO 대 마스터 로컬 타임
마스터의 DCO 램프(ramp)는 그것의 로컬 타임의 기능으로서 톱니파형을 기술하고 또한 기준 클록(도 2 참조)의 위상과 주파수 모두를 명백하게 표현한다.
P-PLL에서 상기한 DCO 위상은 충분한 선도 비트들(leading bits)로써 연장되어 소프트웨어(점선)에 대하여 DCO 위상의 랩핑(wrapping)을 너무 자주 방해할 것이다. 그래서 마스터에서는 로컬 소프트웨어는 점선부분을 샘플하게 된다. 이러한 점선 라인은 아래와 같은 간단한 방정식으로 기술된다.
(식 1)
마스터에 있는 소프트웨어는 충분한 샘플링과 커브 피팅(curve fitting)에 의해 상수 M0,1을 연속하여 결정할 것이다. MO는 로컬 타임 tM = 0에서 DCO의 절대 위상을 나타낼 것이다. MI는 마스터의 기본 클록(로컬 타임)에 대하여 측정된 DCO의 주파수를 나타낸다. 상기한 두 개의 M-상수들은 마스터에서의 국부 발진기 기본 클록(로컬 타임)과 상기 기본 클록에 고정되는 마스터 DCO의 램프와의 사이의 관계를 명료하게 기술하고 있다. 이러한 상수들은 슬레이브 노드들에 쌍으로 전송된다. 따라서 상기 기준 클록은 마스터 기본 클록에 관하여 수치적으로 인코딩 된다.
정렬(Alignment) 3 : 마스터의 로컬 타임 대 슬레이브의 로컬 타임
마스터와 슬레이브의 로컬 타임은 서로 관계가 없고, 따라서 대수롭지 않은 상호적인 주파수 오프셋(offset)을 가질 것이다. 이것은 서로에 대하여 타임 스케일 변동(time scale drifting)을 만들게 된다. 상기 발진기들이 합리적으로 안정되어 있을 때 이러한 변동은 크게 변하지 않을 것이다. 브로드캐스팅 방법(브로드캐스트 이벤트로서 참조되는) 또는 NTP 같은 프로토콜들을 사용하여, 마스터 기본 클록과 슬레이브 기본 클록 간의 정렬(상기한 두 개의 로컬 타임 도메인들)은 다음의 방정식으로 기술된다.
(식 2)
이러한 상수들은 슬레이브에서 커브 피팅(curve fitting)에 의해 결정된다. 그것들은 마스터 기본 클록(로컬 마스터 타임)과 슬레이브 기본 클록(로컬 슬레이브 타임) 간의 관계를 명료하게 기술한다. 마스터에서의 어떤 이벤트(예를 들면, 클록 모서리)도 이제는 상기한 방정식을 이용하여 슬레이브에서 동일한 실시간으로 변환될 수가 있다.
정렬(Alignment) 4 : 슬레이브의 로컬 타임 대 슬레이브 DCO
마스터의 M-상수들을 슬레이브에 전송함으로써 상기 슬레이브는 아래의 이차 방정식을 치환함으로써 슬레이브에서 정확하게 마스터 DCO 램프(ramp)를 재구성할 수가 있다.
(식 3)
(식 4)
결과적으로는 모든 개별적인 4개의 정렬들이 명료하게 정렬되고, 이것은 마스터와 슬레이브의 위상이 또한 정렬(고정)됨을 의미한다.
다수의 획득 DCO들이 마스터에서 제공된다면 다수의 기준 클록들이 인코딩 될 수 있다는 것이 확장에 의해 이해될 수 있다. 각각의 기준 클록의 비용은 그 기준 클록에 대하여 M-상수들의 쌍을 전달하기 위한 패킷 트래픽에 해당된다. 상기한 M-상수 쌍이 전송되어져야만 하는 전송율(레이트)은 기본 클록의 안정성과 기본 클록에 관한 기준 클록의 저속 변동(low speed variation)에 관련된다.
개시된 발명의 범위 내에서 가능한 여러 가지의 변형이 존재한다. 패킷 네트워크는 이더넷(다양한 물리적 계층 속도; 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps 이상의), 802.11과 같은 무선 패킷 네트워크, ATM, 프레임 릴레이, 또는 어떤 다른 표준 또는 자산형(proprietary) 패킷 네트워크가 될 수 있다. 패킷 네트워크는 우선도 및 서비스 품질(Quality of Service)/서비스 클래스(Class of Service)를 위한 메커니즘을 보유하거나 보유하지 않을 수도 있다.
상기한 기본 클록은 오븐에서 처리된 수정 발진기, 온도 보상형 수정 발진기, 실시간(시간 및 날짜) 클록 또는 응용에 적합한 정확도와 안정성을 갖는 기타 발진기일 수도 있다.
슬레이브 기본 클록은 NTP(네트워크 타임 프로토콜), SNTP(단순형 네트워크 프로토콜), PTP(정밀형 타임 프로토콜), 추가적인 이더넷 쌍(Ethernet pair) 상의 타이밍 펄스, 또는 임의의 다른 표준 또는 기타 자산형(proprietary) 방법을 통해 마스터 기본 클록에 동기화 되거나 또는 그에 대하여 측정될 수도 있다.
기준 클록 정보를 함유하는 패킷들의 전송은 패킷 네트워크 로딩을 최소화하도록 선택되어 규칙적으로 미리 정해진 간격으로 발생하는 것이 가능한데, 반면에 그러한 전송의 "잡음성형(noise-shaping)"에 의해 다른 패킷 네트워크의 특성의 가능한 반복적인 패턴을 회피하도록 선택된 의사랜덤(pseudorandom)형 간격으로, 또는 기준 클록에서의 저속 변동에 대한 획득 DPLL에서 수집된 정보에 기초한 자동 배열이 가능한 간격으로, 상기 기준 클록에서의 저속 변동을 트래킹함에 충분한 대역폭을 여전히 제공한다.
본 발명은 디지털 통신 분야에서 다수의 패킷 네트워크 상에서 클록들을 정렬하는 방법에 이용된다.
본 발명의 정신과 영역을 이탈함이 없이 여러 가지의 변형(물)이 만들어질 수 있으며, 그들은 첨부된 청구범위에서 정의된 발명의 영역 내에 포함되는 것으로 의도될 것이다.
Claims (10)
- 패킷 네트워크를 통해서 다수의 기준 클록들을 분배하는 방법에 있어서,하나의 마스터 노드와 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들에서 기본 클록을 제공하는 과정과;마스터 노드에서 상기 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 수치적 정보를 생성하기 위하여 상기 마스터 노드에서 기본 클록에 관하여 다수의 기준 클록들을 인코딩하는 과정과;각각의 슬레이브 노드에서의 기본 클록을 타임-스탬프화 동기 패킷들을 이용하여 마스터 노드에서의 기본 클록에 동기를 맞추는 과정과; 그리고상기 마스터 노드에서의 기본 클록에 관련하여 기준 클록(들)을 기술하는 상기한 수치적 정보를 이용하여 슬레이브 노드에서 상기한 하나 또는 다수의 기준 클록들을 복구하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 각각의 슬레이브 기본 클록은 상기 마스터 기본 클록에 동기가 맞춰지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 각각의 슬레이브 기본 클록은 PLL을 이용하여 상기 마스터 기본 클록에 동기가 맞춰지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기준 클록들은 패킷 내에서 인코딩됨을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 인코딩 된 기준 클록들을 함유하는 패킷들은 규칙적인 간격으로 전송됨을 특징으로 하는 방법.
- 패킷 네트워크에 있어서,기본 클록들을 갖는, 하나의 마스터 노드 및 하나 또는 다수의 슬레이브 노드들과;마스터 노드에서 상기 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 수치적 정보를 생성하기 위하여 상기 마스터 노드에서 기본 클록에 관하여 다수의 기준 클록들을 수치적으로 인코딩하기 위한 수단과;상기 하나 또는 다수의 슬레이브 노드에 타임-스탬프화 동기 패킷들을 전송하기 위한 송신기와;상기 타임-스탬프화 동기 패킷들을 수신하고 상기 마스터 노드에서의 기본 클록으로써 상기 슬레이브 노드에서 기본 클록들의 동기를 맞추기 위한 수신기와; 그리고상기 마스터 노드의 기본 클록에 관하여 기준 클록(들)을 기술하는 상기한 수치적 정보를 이용하여 상기 기준 클록들을 복구하기 위한 슬레이브 노드에서의 수단을 구비함을 특징으로 하는 패킷 네트워크.
- 제6항에 있어서, 각각의 슬레이브 기본 클록은 상기 마스터 기본 클록에 동기가 맞춰지는 것을 특징으로 하는 패킷 네트워크.
- 제7항에 있어서, 각각의 슬레이브 기본 클록은 PLL을 이용하여 상기 마스터 기본 클록에 동기가 맞춰지는 것을 특징으로 하는 패킷 네트워크.
- 제6항에 있어서, 상기 기준 클록들은 패킷 내에서 인코딩됨을 특징으로 하는 패킷 네트워크.
- 제9항에 있어서, 인코딩 된 기준 클록들을 함유하는 패킷들은 규칙적인 간격으로 전송됨을 특징으로 하는 패킷 네트워크.
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