KR20050109071A - 패킷망에서의 클록 도메인의 정렬 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

제1 클록에 의해 제어되는 소스와 제2 클록에 의해 제어되는 목적지 사이의 비동기 망에서 클록도메인을 정렬하는 방법 및 장치가 개시된다. 예측된 지연은 망에서 소스와 목적지 사이에 패킷을 전송하기 위해 추정된다. 타임스탬프 된 동기화 패킷은 상기 목적지로 송신되는데, 여기서 각 타임스탬프 된 동기화 패킷은 상기 소스에서의 마스터 클록에 바탕을 둔 타이밍 정보를 운반한다. 동기화 패킷의 셋은 데이터 포인터의 집합을 생성하기 위해 상기 목적지에서 수신되며, 상기 데이터 포인터의 셋은 상기 예측된 지연보다 더 지연되었음을 나타내는 동기화 패킷들이 상기 기대된 지연에 더 가까운 지연을 나타내는 동기화 패킷들보다 가중치가 덜 부여되도록 가중치가 부여된다. 상기 기대된 지연은 상기 데이터 포인트들의 다른 가중치들을 고려하여 상기 데이터 포인트의 셋을 바탕으로 현재 지연 추정치를 생성하기 위해 갱신된다. 이 단계들은 상기 예측된 지연에 대한 상기 현재 지연 추정치를 이용하여 새로이 수신된 동기화 패킷들로부터 생성된 새로운 데이터 포인트의 셋들에 대해 지속적으로 반복된다. 또한 상기 목적지에서의 클록도메인은 상기 소스와 목적지 사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 상기 현재 지연 추정치를 기초로 하여 상기 소스에서의 클록 도메인으로 계속해서 정렬된다.

Description

패킷망에서의 클록 도메인의 정렬 방법 및 장치{Alignment of Clock Domains in Packet Networks}

본 발명은 디지털 통신 분야에 관한 것으로, 특히 패킷망에서 클록도메인을 정렬하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

음성이나 영상과 같은 등시성의 서비스가 패킷망을 통해 전송될 때, 망에 시간정보를 전달하기 위한 어떤 수단이 제공되어야 한다. 패킷망에 클록을 전송하기 위한 여러 가지 잘 알려진 방법들이 존재한다. 현재 사용중인 방법들에는 독립동기(Plesiochronous) 모드, 미국 특허 5,260,978(Fleisher et al.)에서 설명된 동기식 잔여시간 스탬프(SRTS: Synchronous Residual Time Stamp) 또는 여러 가지 잔여시간 스탬프(RTS) 방법, 적응형 클록 복구(ACR: Adaptive Clock Recovery), 및 이들의 조합 등이 있다. 이러한 방법들은 각각 동기식 잔여시간 스탬프(SRTS)의 경우처럼 공유 클록의 이용가능성에 의존하거나, 적응형 클록 복구(ACR)의 경우처럼 패킷망을 통해 물리적인 클록 정보를 전달하는 알고리즘에 의존하거나, 또는 독립동기 모드의 경우처럼 그냥 클록에 관련된 문제를 수용하고 그것을 회피해 작업한다.

공유클록의 사용은 커넥터 등을 포함하여 GPS 수신기나 배선을 위한 부대비용으로 인해 매력적이지 못하다. 적응형 클록 복구(ACR)의 현재 성능은 전형적으로 약 50-20ns 차원으로 절대적인 시간 안정성을 요구하는 모든 전기통신 표준을 맞추기에는 충분하지 않다.

클록 전송장치(clock transport mechanism)는 이상적으로 수많은 요구사항을 만족해야 한다. 클록 전송장치는 전기통신 응용에 적합해야하고, Bellcore 1244, Bellcore 253 등과 같은 전기통신을 위한 관련 표준을 만족해야 한다. 이러한 클록 전송 장치는 기존의 하드웨어의 개조를 요구하지 않아야 한다. 이상적인 해결책은 경유하는 망의 어떠한 개조도 없이 단말에서 단말까지 클록 전송을 수행할 수 있어야 한다. 일반적으로, 차선의 대안으로는 상기 해결책이 적절히 잘 제어된 환경에서 적용되어야만 한다는 것인데, 여기서는 상기 망에 있는 중요 노드들과 트래픽의 밀도가 조절된다. 트래픽 밀도의 조절은 망에서의 제한된 지연을 요구하는 전기통신 응용에 전형적으로 필요하다. 이처럼, 상기 해결책은 기존의 서비스 레벨 약정(SLA's: Service Level Agreements)과 조화를 이루어야 한다. 상기 해결책은 또한 복제 가능해야 하고 적응적이어야 하며, 다양한 망에서 동작해야 한다. 다른 망 구성 형태나 망을 달리 사용하는 것은 또 다른 문제를 야기한다. 이상적인 클록 전송 메커니즘은 그런 종류의 다양성에 강해야 한다.

도 1은 클록 전송 메커니즘의 전형적인 범용 구조를 나타낸다. 클록 소스(clock source)는 전형적으로 수정 발진기에서 생성되는 로컬 클록 신호를 가진다. 목적은 이러한 클록 신호가 클록 소스(clock source)에서 클록 복제 블록들로 복제되도록 하는 것이다. 상기 복제 블록들은 자신의 로컬 발진기를 가지고 있다. 이러한 블록들은 각각의 로컬 발진기들과 상기 클록 소스의 차이를 판단하고 적어도 이러한 차이를 정정 인자로 표현하며, 이 정정 인자는 실제 클록을 상기 클록 소스와 정렬하도록, 예를 들면, 주파수 합성 기술을 이용해서 상기 실제 클록의 정정을 위해 사용되거나 또는 실제 클록에 관련된 데이터의 정정을 위해 사용될 수 있다.

현재의 방법들은 여러 가지 이유로 이러한 요구사항들을 만족하지 않는다. 예를 들면, 적응적인 클록 복구(ACR)에서는 적용된 방법이 무엇이든 패킷의 지연의 다양성이 문제이다. 만일 어느 알고리즘이 타이밍 패킷과 같은 패킷을 위한 선입선출기(FIFO)를 채우는 정도를 이용한다면, 도착 시간이 판단되며, 상기 알고리즘은 데이터에 대한 직접적인 통계수치를 사용한다. 이러한 접근방식의 문제점은 지연이 확률론적인 처리와 같이 필연적으로 모델화될 수 있다는 것이다. 위상동기 루프(PLL)와 같은 일부 시간복구 메커니즘을 위한 입력으로서 패킷 도달율의 평균을 구하는 것은 괜찮기는 하나 표준 신호 이론에서 알려진 바와 같이 매우 느리다. 예를 들어, 패킷 도착 지연이 2ms의 1σ값을 가지고 평균 시간 정확도를 위해 요구된 1σ가 2㎲라면, 해결책에 도달하기 위해 요구되는 패킷의 수는 1000²=1,000,000 이다. 만약 실제 패킷율이 초당 100 패킷이라면, 10,000초가 요구된다. 10,000초의 시정수를 위해서는 매우 고가의 수정 발진기 또는 심지어는 원자 공진기(가장 싼 수정 발진기가 대략 1-10초 정도의 문제를 갖기 시작한다)가 필요한데, 이는 요구되는 잠금 시간(lock time) 및 해결책의 비용 양면에서 해결책으로는 터무니없게 적절치 않다. 단지 타이밍을 맞추기 위한 목적으로 대역폭의 오버헤드를 수 퍼센트로 제한한 채 유지되어야 하기 때문에 단순히 패킷 전송 속도를 올리는 것은 적절하지 않다. 그러나 이더넷을 위한 최소길이 패킷인 초당 100 패킷은 100Mbps/s 이더넷의 0.7%에 해당하는 100*84*8=67200bits/s로 계산된다. 이 속도를 인자 10에 의해 증가시키면, 효과적인 저역 통과 주파수는 인자 10만큼 감소되는데, 이것은 여전히 저렴한 발진기의 범위를 벗어나지만 한편 많은 망 대역폭을 다 써버린다.

상기 독립동기 해결책은 만족스럽지 않다. 이 해결책은 슬립들이 존재할 것이라는 사실을 인정하고 전형적으로 고가의 고정밀 클록들을 채용함으로써 그러한 슬립들을 최소화하려고 노력한다. 이러한 슬립들을 용인하는 것은 음성 응용분야에서는 받아들일 수 있지만, 동기 데이터 응용에서는 심대한 재난이 될 수 있다. 만일 보안의 특정한 형태의 조합이 상기 트래픽 (스트림 암호화와 같은)과 연관되어 있다면, 슬립은 전적으로 세션의 유실을 초래할 수도 있다. 이에 따라 재구축을 위한 연결작업이 필요할 수도 있다. 많은 형태의 서비스들이 혼재되어 있는 근래의 망에서 그러한 해결책들은 수용될 수 없다.

동기식 잔여시간 스탬프(SRTS)는 공유클록이 존재할 것을 요구한다. 이것은 물리적인 회선이 될 수도 있으나 또한 GPS 기반의 클록과 같은 클록일 수도 있다. 이러한 해결책의 매력은 클록에 대하여 고품질이 가능하고 상대적으로 구현하기가 단순하다는 것이다. 동시에, 추가 배선 또는 (배면) 안테나 부착 수신기(GPS)에 대한 부대비용이 상당히 크다. 비용은 패킷망에 대한 동기 트래픽을 얻기 위한 주요 구동 인자중 하나이므로, 동기식 잔여시간 스탬프(SRTS)와 같은 해결책들은 매력적이지 않다.

다른 해결책들로는 NTP(Network Time Protocol), 세슘스프레이(CesiumSpray) 및 그와 유사한 것들이 있다. 또한 미국 UCLA 대학교의 Elson, Girod, 및 Estrin 씨는 최근 기준 동보 동기화(RBS: Reference Broadcast Synchronization)하는 명칭 하에 상대적으로 높은 품질의 해결책을 제안해 왔는데, 이것은 그들의 논문 'Fine-Grained Network Time Synchronization using Reference Broadcasts' 에서 논의된 바와 같다. 이 논문은 'UCLA Computer Science Technical Report 020008 - Reference Broadcast Synchronization'으로서 간행되었다(그 내용은 본출원에서 참고로 포함된다). 이 제안에서는 노드들이 물리계층 동보를 이용하여 기준 비이컨(reference beacons)들을 이웃하는 노드들에게 전송한다.

기준 동보 동기화(RBS)에서는 동기화를 요구하는 모든 노드들이 기준 동보를 수신하는 형태로 이벤트를 공유하고, 패킷의 도착에 시간 스탬핑을 활용한다. 이 때, 수신 노드들은 자신의 로컬 클록에 따른 동기화 패킷의 도착 시간에 관한 정보를 교환한다. 이를 도 2에 나타낸다. 이벤트 생성기는 이벤트 패킷들을 수신 노드들에게 전송한다. 이 방법은 송신시간(Send Time)(하나의 기준을 송신하기 위한 명령과 실제 송신 사이의 시간)과 접속시간(Access Time)(이더넷에 접속하기 위한 컨텐션 시간)에 관련된 지연을 피하게 한다. 그래도 여전히 발생되는 지연 시간은 전파시간 (전형적으로 전기적인 매체를 위한 빛의 속도와 관련된 어떤 것인, 물리적인 매체를 통해 패킷을 전달하기 위한 물리적인 시간)과 수신시간(실질적인 수신과 그 수신을 검출하기까지의 차이 시간)이다.

전기 통신 시스템에 있어서 상기 기준 동보 동기화(RBS) 방식은 약간의 결점을 가지고 있다. 상기 방식은 물리적인 동보 채널을 필요로 한다. 많은 기존 및 미래의 망에 있어서 이는 현실과는 거리가 멀다. 무선 센서에 있어서, 위에 언급된 논문에 있는 방법을 사용하는 것은 물리적인 동보 매체가 존재하는 전형적인 예이다. 그러나 무선망을 지원하는 유선망에서 물리적인 동보 채널은 존재하지 않는다. 그 대신 망은 UTP 이더넷 망처럼 점대점(point-to-point)으로 연결된 많은 스위치들로 이루어진다. 그러한 망에서 동보행위는 스위칭 소자들 내부의 복제 행위에 의해 수행된다. 그러한 스위치들에서는 일반적으로 멀티캐스팅 기술의 사용이 선호된다.

기준 동보 동기화(RBS)는 상기 스위칭 소자들도 상기 기술을 지원한다면 점대점 망에서 사용될 수 있다. 일부 망에 대해서는 이것이 실행가능 하지만 대부분의 망 운영자들은 장비 선택의 자유를 원한다. 따라서 기준 동보 동기화(RBS)는 안전하게 배치되기 전에 모든 교환기, 라우터, 및 송수신기 제조자들에 의해 받아들여져야 했을 것이다. 하지만 이러한 일은 거의 일어날 것 같지 않다.

상기 논문에서 설명되었듯이 기준 동보 동기화(RBS)는 물리적인 클록을 다시 생성하지 않는다. 상기 논문에서 다루어진 응용에서는 클록 불일치가 센서들을 위한 측정값을 복구하기 위해 사용되므로 상기 물리적인 클록의 재생성은 불필요하다. 필터링 대신에 회귀(regression)를 사용하는 것과 같은 기준 동보 동기화(RBS)의 일부 측면들은 의문스럽다.

시간적 라우팅의 사용은 RBS에서 해결되는데, 즉 양 도메인이 물리적 동보를 사용할 때만, 그리고 단지 동시적 검출의 결여가 무시될 정도로, 하나의 도메인에서 또 다른 도메인으로 양 도메인들에 존재하는 하나의 노드 상에서 타이밍을 맞춤으로써 해결된다. 상기 동시적 검출의 결여는 라우팅 지점에 대한 에러를 축적시킨다. 더욱이 상기 스위치들에서 기준 동보 동기화(RBS) 지원이 없는 교환망들에서는 상기 기준 동보 동기화(RBS) 문헌에서 논의되었듯이 각 도약(hop)에서 접속 시간이 소요되기 때문에 상기 시간 라우팅은 큰 문제가 된다. 기준 동보 동기화(RBS)와 관련된 또 다른 문제점은 모든 노드들이 그들의 정보를 교환하는 동시 송수신 방식 연결을 사용한다는 것이다.

미국 특허 제6,658,025호에는 반복적인 처리과정을 채용하는 패킷망에서 망 클록 동기화를 위한 방법이 개시되어 있다. 타이밍 정보를 제공하는 시간 스탬프는 송신망 구성 요소에서 발진기를 가지고 있는 수신망 구성 요소로 전송된다. 이에 따라 수신 기대 시간이 추정되고, 상기 시간 스탬프에 대한 상기 기대 시간과의 편차가 계산되며, 상기 추정된 기대 시간에서 가장 벗어난 적어도 하나의 시간 스탬프가 제거된다. 다시 한번 기대 시간이 추정되고, 남은 시간 스탬프와 비교하여 가장 벗어난 적어도 하나의 시간 스탬프가 제거된다. 소정 개수의 시간 스탬프가 제거될 때까지 이 과정이 반복된다. 남은 시간 스탬프를 사용하여 상기 수신기 발진기의 주파수가 추정되고 이에 따라 조정된다.

상기 설명된 반복적인 과정은 일반적으로 보상 이력을 요구하는 동기화의 각 단계에서의 수학적인 계산으로 인해 느리다. 또한, 상기 설명된 반복적 과정은 단지 상기 주파수 동기화 문제를 해결할 뿐 더욱 복잡한 위상 동기화 문제를 해결하지는 않는다.

이하 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들과 연관하여 설명될 것이다.

도 1은 클록 전송 기법의 망의 개략도,

도 2는 기준 동보 동기화(RBS)를 구현하는 망의 개략도,

도 3은 동기 검출을 구현하는 본 발명의 원리에 따른 클록 전송장치의 일 실시예의 개략도,

도 4는 본 발명의 원리에 따른 클록 전송 기법의 일 실시예의 개략도, 및

도 5는 샘플을 폐기하는 장치의 개략도이다.

따라서 본 발명은 기준 동보 동기화(RBS)와 같은 방법들의 긍정적인 목적을 유지하면서도 적응적인 접근방법을 채택한다. 일 실시예로, 패킷의 선두가 자유 동작 카운터(free running counter)로 설정될 수 있도록 시간 스탬핑(망 활동의 시간을 사용)이 사용된다. 본 발명은 단일 방식(simplex) 채널 상에서 동작할 수 있다.

또한 본 발명은 만일 기준 동보 동기화(RBS)가 그러한 RBS를 지원하도록 설계되지 않은 스위치들을 갖는 망에 적용된다면 스위칭 노드들에서의 지연은 피할 수 없지만 그 대신 검출될 수 있고, 또한 과도하게 지연된 패킷들은 적절히 폐기될 수 있도록 구현하고자 한다. 동시에, 폐기되는 패킷의 수를 최소로 유지하도록 가능한 한 많이 그러한 지연을 피하는 것이 가능하도록 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 클록에 의해 제어되는 소스와 제2 클록에 의해 제어되는 목적지사이의 비동기 망에 있어서 클록 도메인을 정렬하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, a) 상기 망에서 소스와 목적지사이에 패킷을 전송하기 위해 예측되는 지연을 추정하는 과정, b) 각각 상기 소스에 있는 마스터 클록을 바탕으로 시점 정보를 포함하는 시간 스탬프된 동기화 패킷들을 상기 목적지로 전송하는 과정, c) 데이터 포인트의 집합을 생성하기 위해 상기 목적지에서 동기화 패킷의 집합을 수신하는 과정, d) 상기 예측된 지연보다 더 지연되었음을 나타내는 동기화 패킷들이 상기 기대된 지연에 더 가까운 지연을 나타내는 동기화 패킷들보다 가중치가 덜 부여되도록 상기 데이터 포인트의 집합에 가중치를 부여하는 과정, e) 상기 데이터 포인트들의 다른 가중치들을 고려하여 상기 데이터 포인트의 집합을 바탕으로 현재 지연 추정치를 생성하기 위해 상기 예측된 지연을 갱신하는 과정, f) 상기 예측된 지연에 대한 상기 현재 지연 추정치를 이용하여 새로이 수신된 동기화 패킷들로부터 생성된 새로운 데이터 포인트의 집합들에 대해 상기한 과정 d와 e를 계속 반복하는 과정, 및 g) 상기 소스와 목적지사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 상기 현재 지연 추정치를 바탕으로 상기 소스에서의 클록도메인으로 상기 목적지에서의 클록도메인을 계속해서 정렬하는 과정을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 클록에 의해 제어되는 소스와 제2 클록에 의해 제어되는 목적지 사이의 비동기 망에 있어서 클록도메인을 정렬하는 장치가 제공된다. 상기한 장치는, a) 소스와 목적지사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 기대되는 지연을 예측하는 예측기, b) 각각 상기 소스에 있는 마스터 클록을 바탕으로 시점 정보를 포함하는 시간 스탬프된 동기화 패킷들을 상기 목적지로 전송하는 송신기, c) 데이터 포인트의 집합을 생성하기 위해 상기 목적지에서 동기화 패킷의 집합을 수신하는 수신기, 및 d) 상기 예측된 지연보다 더 지연되었음을 나타내는 동기화 패킷들이 상기 기대된 지연에 더 가까운 지연을 나타내는 동기화 패킷들보다 가중치가 덜 부여되도록 상기 데이터 포인트의 집합에 가중치를 부여하는 비선형 필터를 포함하여 구성된다. 상기 예측기는 상기 데이터 포인트들의 다른 가중치들을 고려하여 상기 데이터 포인트의 집합을 바탕으로 현재 지연 추정치를 생성하기 위해 상기 예측된 지연을 갱신한다. 상기 목적지에서의 클록 도메인은 상기 소스와 목적지 사이의 상기 망을 횡단하는 패킷들을 위해 상기 현재 지연 추정치를 바탕으로 상기 소스에서의 클록 도메인으로써 계속해서 정렬된다.

본 발명은 관찰된 행위의 잘못된 해석을 피하고 가능한 망 지연을 고려하기 위하여 다양한 클록을 적절한 처리와 더불어 상기 망의 공유 이벤트와 연관시킨다. 결과적인 성능은 소수의 에러 효과의 제거로 월등한 것으로 보일 수 있다. 따라서 본 발명은 그와 관련된 추가 비용을 갖는 잔여시간 스탬프(RTS)와 같은 방법들을 불필요하게 만드는 적응형 클록 복구(ACR)에 대한 개선으로 기여할 수 있다.

본 발명은 기존 기술보다 고정(lock) 기능이 훨씬 더 신속하게 이루어지게 한다. 예를 들면, 완전한 고정(full lock)이 기존 기술에서는 45분 또는 그 이상이 걸리는 것에 비하여 본 발명에서는 15초 이내에서 성취될 수 있다. 또한 본 발명은 300ns만큼 양호한 정밀한 주파수 정렬 및 위상 정렬을 허용한다. 기존 기술의 방법들은 정밀한 위상 정렬을 허용하지 않는다.

본 명세서에서 스위치, 라우터, 및 송수신기와 같은 용어들은 광의로 사용될 것이다. 스위치와 라우터가 많은 지연을 보이는 반면에 송수신기는 보통 많은 지연을 보이지 않는다. 본 발명은 그러한 모든 기기들에게 적용이 가능하다.

본 발명의 여러 실시예들의 다른 측면과 이점들은 다음 설명을 검토함으로써 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 것이다.

이하에서 본 발명은 특정한 대표적인 실시예들에 대하여 상세히 설명될 것이며, 그들의 소재들, 장치 및 처리 단계들은 예시의 목적을 위한 일례로서만 이해될 것이다. 특히 본 발명은 여기에서 특별히 언급된 방법, 조건, 처리 매개 변수, 장치 및 그와 유사한 것들에 제한되지 않는다.

상기에 언급된 바와 같이 기준 동보 동기화(RBS)는 보통 물리적 매체가 노드들 사이에 존재할 것을 요구한다. 교환기와 라우터들은 기준 동보 동기화(RBS)가 다룰 수 없는 큰 지연을 야기하므로 기준 동보 동기화(RBS)를 지원하지 않는 교환기와 라우터들이 존재할 때 기준 동보 동기화(RBS)는 잘 동작하지 않는다.

기준 동보 동기화(RBS)를 논함에 있어서, 지연 성분의 집합은 일반적으로 4개의 부분으로 나뉜다.

· 송신(Send) 시간: 메시지를 구성하기 위해 필요한 시간. 하드웨어 환경에서 송신 시간은 아주 쉽게 매우 작게 만들어 질 수 있으며, 컴퓨터 환경에서는 더 높은 우선순위의 인터럽트가 간섭할 수 있다.

· 접속(Access) 시간: 상기 물리적 매체에 접속하는 시간 요구 이득. 예를 들면, 이더넷에서 컨텐션 제어의 결과로 아주 커질 수 있다.

· 전파(Propagation) 시간: 비록 전기 통신에서 전파 지연의 다양성이 중요한 인자 (긴 회선으로 인해)이라 하더라도 전형적으로 매우 작다.

· 수신(Receive) 시간: 상기 메시지를 적절히 검출하기 위해 수신측에 필요한 시간. 송신 시간과 같이 구현에 종속적이다.

상기 기준 동보 동기화(RBS)방법은 물리적인 동보에 의존함으로써 최초의 두 개의 인자를 회피한다. 적절히 설계함으로써 상기 수신 시간을 작고 일정하게 (인터럽트)할 수 있으며, 상기 전파 시간은 작다. 따라서 기준 동보 동기화(RBS)방법은 물리적인 동보가 허용되는 환경에서 좋은 성능을 나타낸다.

종래 기술에서 설명된 바와 같은 기준 동보 동기화(RBS)는, 기준 동보 동기화(RBS)에서 정의된 것과 같은 다소간에 두 개의 후속 세트들의 지연인 전체 지연 세트로 인해 기준 동보 동기화(RBS)를 지원하는 라우터나 스위치가 없는 교환망에서는 구현될 수 없다. 본 발명의 원리에 따르면 상기 기준 동보 동기화(RBS)는 기준 동보 동기화 (RBS)를 지원하도록 특정하게 설계되지 않은 라우터 및 스위치와 함께 사용될 수 있도록 구성된다.

송신 노드들에서의 상기 송신 시간은 표준 하드웨어와 소프트웨어 설계 기술을 이용하여 무시할 수 있을 정도로 작게 된다.

상기 송신 노드에서의 상기 접속 시간은 여전히 중요하지만, 상기 송신 노드에서의 시간 스탬핑은 지연이 접속 시간 송신 노드에서 일어난 후 패킷이 상기 송신 노드를 떠나는 실제 시간이 알려지도록 이용된다.

상기 스위치/라우터로의 전파 시간은 일반적으로 작은 변화성을 갖는 작은 수치이며 중요한 인자는 아니다.

만일 중간 스위치가 기준 동보 동기화(RBS)를 지원한다면, 자신의 로컬 클록으로 가능한 한 정확하게 수신/송신 시간을 타임 스탬프할 수 있고 그 타이밍 정보를 전송할 수 있다. 하지만 상기 스위치가 기준 동보 동기화(RBS)를 지원하지 않는다면, 상기 경우에서 가정되듯이, 수신 시 일어나는 지연 시간은 0 또는 필연적으로 매우 작은 것으로 보장되지는 않는다. 수신 및 수신한 것을 다시 송신하기 위한 준비는 많은 다른 과정들에 의해서 간섭받을 수도 있다. 예를 들면, 유지보수용 트래픽을 운반하는 중추적인(backbone) 버스가 우선권을 가질 수 있다. 또는 그 프로세서가 그 자신의 타이머 틱(tick) 등으로 바쁠 수도 있다.

상기 송신 노드에서와 같이 실제로 상기 물리적인 매체를 접속하는 것은 스위치에서 약간의 시간이 걸릴 수 있다. 실제로, 이러한 지연은 특히 관련된 망이 점대점 연결만을 가지므로 컨텐션(경합)이 아니라 큐 행위로 인해 일어난다. 상기 큐 행위는 상기 스위치에 있는 여러 스트림들이 같은 출력 스트림으로 경쟁하기 때문에 일어난다. 이것은 지연의 가장 심각한 원인이다.

수신기로의 상기 전파 시간은 아주 작고 거의 중요하지 않다.

상기 수신기에서의 상기 수신 시간은 적절한 설계사항을 고려함으로써 작게 만들 수 있다.

상기 지연의 주요 원인은 상기 스위치에서 큐 행위에 수반된 시간이다. 이 지연은 피할 수 없고 노드가 실제 경우에서처럼 기준 동보 동기화(RBS)를 지원하도록 설계되지 않는다면 알 수 없다.

스위치 또는 라우터의 지연은 보통 의사 랜덤 과정으로 모델화된다. 상기 지연은 스위치의 트래픽 밀도에 좌우된다. 만일 스위치의 부하가 많다면, 트래픽이 지연될 가능성이 아주 크다. 만일 상기 밀도가 낮다면, 상기 트래픽이 방해받지 않고 통과할 가능성이 훨씬 더 크다. 다른 트래픽이 없다하더라도, 여전히 약간의 방해 가능성이 존재한다. 이는, 예를 들면, 동적 메모리, 관리 기능 등과 관련된 것과 같은 상기 스위치 내부의 유지보수 트래픽 때문에 야기된다.

본 발명은 만일 시점 트래픽이 스위치에 입력된다면 그 트래픽이 지연되느냐 아니냐를 고려함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 트래픽의 밀도가 아주 높다 하더라도 상기 스위치의 특성에만 의존하는 최소한의 지연으로 방해받지 않는 상기 스위치를 통과하는 의미 있는 양의 트래픽이 있을 가능성이 존재한다. 지연된 트래픽과 지연되지 않은 트래픽 사이의 지연에서의 차이는 대부분 매우 클 것이며, 다른 트래픽을 처리하는 상기 큐의 크기에 좌우된다. 상기 지연은 예를 들면 64 또는 1518 바이트의 데이터 패킷 길이의 전형적으로 지배적인 트래픽과 관련된 전형적인 분포를 가진다. 따라서 상기 지연을 검출하고 현저하게 지연된 패킷을 폐기하는 것이 가능하다.

패킷들의 폐기는 충분한 데이터 포인트 이상이 남기 때문에 문제가 되지 않는다. 패킷의 90%가 폐기되더라도 남겨진 포인트들은 여전히 충분한 정보를 운반한다. 예를 들면, 초당 100 패킷이 멀티캐스트의 형태로 타이밍 정보를 전송하기 위해 사용된다고 가정하자. 만일 패킷의 90%가 폐기된다면, 초당 10 패킷만이 남는다. 하지만 이 패킷들이 1㎲의 시간 범위 내에 도달한다면 (나머지는 폐기된다), 클록 복구 필터의 시작점이 초당 10 샘플일 것이고 각 샘플은 1㎲ 범위 내에 있다. 만일 0.1 Hz의 효과적인 저역 통과 주파수가 가능하다면, 인자 10 (100의 제곱근)의 감쇠는 아주 사소하고, 약 100㎱의 말단 정확도를 이끌어 낸다. 이러한 종류의 접근 방식으로 이룰 수 있는 정확도는 전기통신용 클록 정렬을 위한 크기의 정상적인 등급 내에 있다.

큰 지연을 나타내는 패킷들이 폐기되는 반면 작은 지연을 나타내는 일부 패킷들이 존재할 것이다. 이러한 지연은 다음의 통계적인 행위를 가지는 다른 트래픽에 의해 유발된다. 상기 망이 100Mbit/s 이더넷, 46 바이트 페이로드 (최소) 패킷만을 사용한다고 가정하자. 그러한 패킷은 실제로 헤더를 포함하여 84 바이트 길이이며, 프레임 간 간격이 추가되어야 하고, 따라서 84*8*10㎱=6720㎱의 효과적인 길이를 가지게 된다. 상기 트래픽 밀도가 약 20%이고, 단지 이러한 짧은 패킷들로만 구성된다고 가정하자. 최종적으로 폐기는 실제 희망된 클록에 대한 단순한 비교로 수행되고, 그 차이가 200㎱ 이상일 때 폐기가 일어난다고 가정하자. 그 경우에 상기 폐기과정을 통과한 후 도착하는 시간 지연된 패킷들의 백분율은 0.2*200/6720=0.6%가 될 것이다. 따라서 79.4%가 폐기 후 지연 없이 도착할 것이다. 상기 0.6%는 전체 평균 지연을 (0.794*0+0.006*100㎱)*100/80=750ps와 같게 하는 100㎱ (200㎱의 절반)의 평균 지연을 가질 것이다. 그러한 수치들은 성취 가능한 성능이 아주 좋다는 것을 나타낸다.

상기 신규한 방법의 성능의 한계는 조건이 허락한다면 0에 가깝게 선택될 수 있다. 기준 동보 동기화(RBS)에서 사용된 것과 같은 물리적인 동보 채널의 예에서 이는 최대 성능은 단일 비트 시간이나 그의 조각 같은 것에 제한되지 않고 0에 훨씬 가까운 것에 제한된다. 따라서 상기한 새로운 방법은 조건이 허락하는 최상의 성능을 제공한다.

동기화 패킷을 폐기하는 효과는 심각하지 않다. 더욱이 전송될 클록을 요구하는 망은 전형적으로 초기에 지연에 대한 최소한의 요구사항을 갖는다는 것이 인식되어야만 한다. 그러한 망에서 최대 밀도는 아주 낮게 유지되어야 한다. 그렇지 않으면, 어떤 수준의 서비스도 보증하는 것이 거의 불가능하게 된다. 게다가 컨텐션이 일어나는 망에서 최대 대역폭은 아주 제한된다. 소정의 임계치 보다 높으면 그러한 망은 폐쇄(lock up)되는 것으로, 즉 효과적으로는 아무런 트래픽도 전송되지 않을 것이라고 알려져 있다. 효과적인 임계치는 아주 낮으며, 컨텐션 이더넷에 대해 전형적으로 약 20-30%이다.

동시에 폐기의 존재는 가능한 한 많은 트래픽에서 지연을 최소화하기 위한 하나의 이유이다. 상기 메커니즘은 송신 노드에서의 접속 시간을 회피하도록(컨텐션 망에서 항상 가능한) 노드의 수신기 상에서 신호를 관찰함으로써 그 출력을 타임스탬프하는 상기 송신 노드에 가장 잘 적용된다. 만일 이것이 이루어지지 않으면, 추가 지연 인자가 발생한다. 만일 여러 지연이 연속해서 일어나면, 트래픽이 지연될 가능성은 지연의 수의 함수로서 지수함수적으로 급격하게 올라간다. 상기 지연의 수는 모든 비용을 감수하고라도 그렇게 하는 것이 크게 중요하지는 않다고 하더라도 바람직하게는 최소로 유지되어야 한다. 잘 설계된 망이라면 항상 약간의 지연되지 않은 패킷을 가질 것이다.

단지 10%만 살아남는다면, 폐기된 패킷과 폐기되지 않은 패킷사이의 구별이 어려워진다고 생각될 수도 있지만 그렇지는 않다. 패킷의 도착은 아주 정확해야 한다. 폐기된 패킷은 큰 편차를 가질 뿐만 아니라 그 편차 내에서 큰 변화를 보인다. 따라서 상기 90%의 폐기된 패킷은 많은 일관성을 보여주지는 않을 것이다. 이러한 속성은 매우 중요하며 단순한 수학적인 수단으로 검증될 수 있다.

상기한 폐기과정에 의해 더 낮은 통과 특성(그래서 수집된 포인트의 수가 충분히 클 때까지 기다린다) 또는 저하된 성능의 수용과 같은 두 가지 형태의 성능 저하 중의 하나 또는 그 둘의 조합으로 귀착되도록 선택될 수 있다. 만일 상기 성능 저하가 너무 낮은 통과 주파수와 같은 받아들일 수 없는 정도에 도달한다면, 상기 클록 복구 과정을 뒤엎고 복구된 클록을 홀드오버(holdover) 모드에 둘 가능성이 상존한다. 이러한 것은 돌발적인 트래픽이 일시적으로 클록 전송 체계를 차단하는 짧은 주기 동안에 유용하다.

특별한 방책 없이 본 발명의 원리를 사용하여 관리될 수 있는 실제 정확도는 쉽게 100㎱의 수준에 든다. 이것은 10MHz 클록으로 샘플링하는 것과 같으며 기술적으로 어렵지 않다. 현대의 네트워크에 있어서 전형적인 클록의 속도는 사실 쉽사리 100Mbit/s 이더넷을 위한 100MHz 까지 올릴 수 있다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 하나의 이벤트는 상기 망에서 상기 송신측에 의해 송신/멀티캐스트되고 모든 수신 노드와 송신 노드 자체에서 시간 스탬프된다. 상기 시간 스탬핑은 카운터에 의해 제공될 수 있는 로컬 시간을 저장한다. 상기 송신 노드는 상기 망에서 상기 수신 노드로 자신의 시간 스탬프를 전송한다. 이 시간 스탬프는 상기 처리 과정에서의 모든 지연이 패킷에 적용되도록 현재 시간일 수도 있고 이전 패킷을 전송하는 동안 결정될 수도 있다. 이 경우 실제 시간 스탬프는 상기 수신측과 송신측에 있는 수신기에 의해 결정된다.

송신측에 있는 로컬 수신기를 사용하지 않는 로컬 시간의 이용은 추가적인 성능 문제를 야기하지만 그 문제들은 스위치와 라우터에서의 지연과 같은 알고리즘에 의해 해결될 수 있다.

상기 시간 스탬프는 상기 송신측에 있는 로컬 클록을 복구하기를 원하는 측에 있는 수신기에 의해 수신된다.

기대된 시간값과 큰 편차를 보이면 폐기된다. 남겨진 값들은 송신측의 로컬 클록과 수신측의 로컬 클록과의 차이를 결정하기 위해 사용된다.

실제 클록 율을 설정하기 위한 수학적 연산은 어떤 추적(tracking) 기법일 수 있다. 적합한 예들은 피팅(fitting), 필터링, 및 기타이다.

상기 시간 스탬핑이 진행되는 방식은 상기 전송 체계의 정확도를 제한할 것이다. 송신측에서는 문제가 없다. 타임스탬프가 멀티캐스트가 다시 수신된 시간으로부터 도출된다고 하더라도, 클록들은 여전히 같고, 또한 타임스탬핑은 완벽하거나 거의 완벽하다. 이로써 상기 송신측에서의 클록 속도는 상대적으로 덜 중요해진다. 다시 말해서, 클록에서 지터가 작게 유지된다면, 매우 낮은 클록 속도에서도 상기 정확도는 높게 유지된다.

하지만, 상기 수신기 측에서는 다른 클록을 사용하므로 더 문제가 있다. 타이밍의 차이로 인한 불필요한 부정확을 피하기 위해 상기 수신기 타이밍은 다소간 상기 송신측과 같게 되어야 한다. 이것은 다음의 두 가지 방식으로 성취될 수 있다: 타임스탬핑을 위한 매우 높은 주파수를 사용하여 정확도를 높이거나, 수신기의 입력단에서 샘플링을 하기 위해 상기 수신기의 재구성된 클록을 사용한다. 이러한 접근방식은 본질적으로 동기 검출(synchronous detection)이라는 이름 하에 잘 알려져 있다. 이것은 전형적으로 상기 타임스탬핑으로 결정되는 것과 같은 클록의 위상차에 의해 제어되는 위상동기 루프(PLL)와 같은 기능성을 요구한다. 그러한 배치가 도 3에 도시된다. 도 3에 따르면, 소스 클록(10)은 망(12)을 통해서 클록 복구 블록들(14, 16)에게 연결되며, 각 클록 복구 블록이 수정 발진기(20)를 포함하는 위상동기 루프(PLL)(18)와 관련된다.

동기 검출의 효과로 다른 클록에 의해 기인되는 타임스탬핑에서의 양자화 에러는 0으로 수렴한다. 사실상, 이는 적분 소자로서 위상동기 루프(PLL)의 제어된 발진기 및 모듈로(modulo) 소자로서 위상 비교기로 이루어지는 잡음 성형(noise shaping) 방법이다. 이는 잘 알려진 기술이 효과적인 에러가 매우 짧은 주기에서 매우 작게 되도록 사용될 수 있다는 것을 보여준다.

상기 동기 검출의 매우 편리한 구현의 예로서 고정된 수정 발진기에서 동작하는 주파수 합성기를 사용한다. 상기 수정 발진기는 상기 송신측에 비해서 정확성과 안정성에 제한을 갖겠지만 다른 저렴한 발진기만큼은 아닐 것이다. 상기 합성기는 용이하게 독출이 가능한 디지털 입력을 가질 것이다. 이렇게 독출함으로써 송신기 클록과 수신기 클록사이의 비율을 정확하게 표현하기 위해 사용될 수 있다.

지금까지 설명된 기술은 두 가지 다른 사항들, 멀티캐스트 또는 동보, 또 타임스탬프의 전송을 사용한다. 지금까지의 설명에서 상기 두 가지는 하나의 노드에서 결합되었다. 이것은 송신기에서 메시지가 떠나는 순간을 측정함으로써 송신 노드 접속 시간을 회피할 수 있다는 의미에서 바람직하다. 기준 동보 동기화 (RBS)에서 이미 제안되었듯이, 조금 다른 속성을 가지며, 어떤 위치에서든 멀티캐스트 또는 동보를 이용하고 송신기로 지정된 위치 또 수신기로 지정된 위치들에서 타임스탬프를 결정하는 대안적인 해결책이 존재한다. 이러한 배열의 이점은 동보장치에서 타임스탬프 장치까지의 지연이 더욱 대칭적일 것이라고 기대될 수 있다는 것이다. 그 자체로서 그것은 양호할 것이라고 기대되지 않는데, 이는 스위치들을 통한 한 노드에서 여러 다른 노드들까지의 지연들은 보통 상당히 독립적이기 때문인데, 이것은 억제될 필요가 있는 전체 지연을 효과적으로 증가시킨다. 하지만, 상기 스위치는 또한 대칭적이고 상기 스위치에 대해 입력 큐(queuing) 행위로서 보일 수 있는 지연들을 야기할 수도 있다. 그러한 지연들은 모든 수신기에 대해 '공통(common) 모드'에 있을 것이다. 예를 들면, 상대적으로 큰 입력 큐를 가지는 스위치들이 존재하며 이는 입력 트래픽이 정확한 출력으로 연결될 수 없도록 내부 버스/백본을 점유하는 내부적 관리(housekeeping)로 인해 기인할 수 있다. 그러한 경우에서 다른 동보기(broadcaster)를 사용하되 대칭적인 접근방식은 더 나을 수도 있다. 도 4는 그러한 배열을 보여준다.

도 4에서 이벤트 생성기(22)는 마스터나 슬레이브 노드와는 다른 위치에서 멀티캐스트 소스(multicast source)로서 동작한다. 상기 이벤트 생성기(22)는 타임스탬프기(24)를 포함한다. 동보의 특별한 경우가 송신기측이 동보나 멀티캐스트를 시작하지만 메시지가 떠나는 시간은 그다지 측정하지 않고 스위치나 라우터에서 돌아오는 시간을 측정할 때 발생한다. 이것은 상기 노드가 자신에게도 멀티캐스트 해야 한다는 것을 내포한다. 많은 스위치들은 그러한 '자동 복제'를 지원하지 않으며 그래서 이 방법은 그다지 신뢰가 가지 않는다. 상기 클록부(14)는 과도하게 지연된 패킷을 폐기하는 폐기부(26)를 포함한다.

독립된 동보기의 추가적인 단점은 트래픽이 증가한다는 것이다. 즉, 동보 메시지와 송신기 (소스) 노드에서 수신기 (복제) 노드들로의 메시지가 존재한다. 따라서 상기 시점 트래픽은 약 두 배가 된다.

상기 슬레이브 측에 동보기를, 그리고 다른 측에 마스터를 두는 또 다른 배열이 가능하다. 이 구현 예는 추가 트래픽을 (슬레이브에서 마스터로의 동보 및 마스터에서 슬레이브로의 클록 데이터 전송) 필요로 하지만 더 나은 성능을 나타내지는 않으므로 (멀티캐스트 경로가 비대칭이다), 이러한 해결책은 바람직하지 않다.

상기한 폐기 과정의 특성으로 인해 마스터 및 슬레이브 노드들로부터 분리된 이벤트 멀티캐스트기를 사용하거나 또는 그들이 일치하도록 구성하는 것이 가능하다. 후자의 이벤트 멀티캐스트기는 구성면에서 더 단순하고 더 작은 대역폭을 점유하지만 성능에 약간의 영향(하지만 작은)을 미치는 추가적 지연 인자를 가진다.

상기 타임스탬프기는 단순한 카운터일 수 있다는 점이 주목되었다. 발진기가 변화될지라도 로컬 시간의 고정된 표현을 가진다는 것은 매우 유용하다. 데이터의 교환을 위해서 정규화된 표기법의 사용은 중요하다. 이것은 시간의 단편(slices)들을 추가하기 위해 프로그램되는 누산기(accumulator)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, (누산기인) 발진기(DCO)는 20MHz에서 동작할 때 50㎱의 단편들 그리고 10MHz에서 동작할 때 100㎱의 단편들을 추가할 수 있다. 사실상 발진기(DCO)는 단지 1 대신에 분수(단편)를 카운트하는 카운터로서 보여질 수 있다.

충분하게 큰 발진기(DCO)로 최하위 비트가 임의의 작은 수들의 시간을 표현하기 위해 선택될 수 있다. 이것은 1ps의 정도로 항상 매우 정확하여 그 정확도가 다른 연산 소자들에 의해 합치되지 않을 것으로 기대되며, 그래서 이러한 수는 절대로 제한 요소가 되지는 않을 것이다.

상기 발진기(DCO)는 적어도 수초 정도의 최대수준으로 위로 연장될 수 있다. 만일 상기 발진기(DCO)가 초 단위를 다룰 수 있다면, 상기 해결책이 다룰 수 있는 최대 지연 변화량은 같다. 만일 상기 변화량이 더 커질 수 있다면, 상기 카운터의 계산이 간단하게 충만(wrap)되고 이에 따라 일부 정보를 잃게 되는 가능성이 존재한다. 상기 발진기(DCO)의 최대 시간 용량이 가장 큰 패킷간(inter-packet) 시간보다 더 크다는 것을 확실하게 하는 것이 오히려 합리적일 수도 있다. 초당 1 패킷 혹은 더 낮은 패킷율이 요구되고 그래서 상기 발진기(DCO)를 아주 크게 하는 것이 바람직할 수도 있다는 것은 불가능해 보이진 않는다.

'폐기(discard)'라는 용어의 앞에서의 사용에서 예를 들어 표현되었듯이 데이터는 사용되기 전에 필터링할 필요가 있다. 필터링은 많은 형태로 이루어질 수 있지만 일반적으로 선형 필터링 방법들은 충분하지 않다고 항상 언급될 수 있다. 그 방법들은 그들이 가지고 있는 제한된 구조에 의해 구속된다. 이것은 지연이 의사랜덤(pseudorandom)화 되고 커짐으로써 야기된다. 따라서 효과적인 필터링을 위해서는 요구된 고정(locking) 시간과는 성능 관점에서 모순되는 긴 시간 주기가 요구된다. 대신에 선형 필터링은 효과적으로 큰 고정 시간을 의미하게 되고 이에 따라 과도히 커진 발진기와 같은 고가의 주파수 기준을 의미하게 된다. 따라서 비용과 성능 양 측면에서 비선형 방법들의 사용이 바람직하다.

정보의 폐기는 중요한 단계이다. 상대적으로 낮은 잡음과 높은 신호 레벨을 가진 시스템에서 샘플들을 제거함으로써 정보율을 감소시키는 것은 결코 매력적이지 않다. 잡음이 실제 신호보다 더 작아지는 모든 샘플들은 최종 결과에 기여할 수 있을 것이다. 하지만, 작은 신호와 많은 잡음이 존재하기 때문에 정확도를 증가하기 위해 부정확한 샘플은 버려진다. 이를 위해 샘플을 비교할 어떤 기준이 필요하다. 상기 기준은 도 5에 보이는 바와 같이 같은 알고리즘의 산물이 되도록 같은 샘플 순서(지연 시간은 임계범위에서 시간에 대해 변한다)에 따르고 그에 크게 의존적이다. 도 5에서 입력 신호는 그 출력이 예측기(32)를 통해 입력으로 피드백 되는 비선형 필터(30)로 공급된다.

상기 비선형 필터(30)는 현재 기준에서 너무 벗어나는 모든 데이터를 건너뛰며, 상기 예측기는 현재 기준이 무엇인지를 너무 벗어난 경우의 측정이 적용되는 쪽으로 설정한다. 이 방법은 해결책이 일단 발견되면 잘 동작하게 되는데, 이것은 그 때 상기 예측기는 시작하기에 좋은 값을 갖기 때문이다. 예측 알고리즘, 주파수 대역폭 및 허용 가능한 데이터의 대역이 기대되는 클록 변동에(상기 망으로부터의 지연에 대해서가 아니라) 비교해서 관련이 있는 한, 상기 방법은 정상적으로 동작한다. 만일 필터가 비고정 모드(non-locked mode)에서 시작한다면 (혹은 비고정 모드로 변경된다면), 상기 예측기는 바른 위치에 놓여질 때까지 표류(드리프트)하게 될 것이고, 그 경우에 상기 방법은 결국 고정될 것이다. 데이터의 의사 랜덤화는 상기한 후자의 움직임에서 중요한 역할을 한다. 이 접근 방식의 가장 큰 문제점은 고정 시간(locking time)을 확률로 표현하기 보다는 차라리 예측하는 것이 어렵다는 것이다.

상기 필터들에는 여러 가지 가능성이 존재한다. 예를 들면, 상기 예측기 값에서 어떤 양보다 더 벗어난 모든 데이터를 폐기할 수 있다. 상기한 양은 상기 알고리즘이 동작하는 가변적인 조건들을 설명하기 위해 반-동적(semi-dynamic)이 될 수 있다. 이 때, 이 값은 너무 자주 변하지 않을 수도 있으며, 그 때문에 기본 필터는 3개의 입력 변수를 가질 것이다. 그러한 경우에 상기 고정 행위는 더 이상 보장하기가 간단치 않다.

다른 가능성으로서 상기 예측기에 가장 가까운 몇몇 개의 데이터 포인트들만을 남겨 두고 모든 데이터를 폐기하는 것이 있다. 상기 포인트의 수는 1 만큼 낮을 수도 있고 상기 예측기가 어떻게 동작하느냐에 다소 좌우된다.

세 번째 가능성은 첫 번째와 유사하지만 상기 남겨진 포인트들 사이의 시간적인 거리에 대한 추가 요구사항이 있다는 것이 다르다. 남겨진 포인트들이 상대적으로 서로에게 가까울 때, 상기 포인트들에서의 작은 변화에 대한 탄젠트의 감도는 더 먼 포인트들보다 훨씬 크다.

예측기에 대해서 현재 데이터의 예측기로서 마지막 측정의 주파수 추정을 사용하는 것이 가능하다. 이것은 제1차수 예측기로 보여질 수 있다. 예측된 값은 이전 데이터 집합에서 결정된 지연을 바탕으로 지속적으로 갱신된다.

더 높은 차수의 예측기 (제2차 혹은 그 이상)가 매력적일 수 있지만 그 값들을 산출하기 위해 더 많은 메모리가 필요하다. 실제 x, x², x³ 등의 정상적인 멱급수(power series)와는 다른 함수들을 사용하는 것이 더 편리할 수도 있다하더라도 어느 정도의 Taylor 급수가 사용될 수 있다. 대안적인 급수는 지수 급수일 수도 있지만 그것은 전형적으로, 예를 들면, 기지의 온도 시간 상수를 갖는 과대한 발진기처럼 알려진 행동 양식에 대해서만 단지 흥미로울 뿐이다.

상기 샘플의 폐기는 일반 등급의 가중치(weighting) 해결책의 특정한 형태이다. 모든 샘플에 가중치를 사용함으로써 기대하는 것보다 가까운 신호들에 매우 민감하고, 다른 신호들에는 덜 민감하지만 완전히 무감각해지는 것이 가능해진다. 물론, 0 과 1 만의 가중치를 사용한다면, 그 효과는 샘플들을 버리는 것과 같게 된다. 가중치를 적용한 알고리즘을 위한 구성 블록도는 이전 도면과 다르지 않다. 가중치를 적용하는 것은, 예를 들어, 지연이 의사 랜덤하지 않을 때 폐기 가능한 데이터에 민감해지기에 편리할 수 있다. 이것은 상기 해결책의 행동 양식을 획득하고 추적하는 데 유용할 수 있다. 가중치 적용은 소수의 고정된 값으로 또는 x가 예측과 측정 사이의 차이인 x/(1+x²)과 같은 공식으로 구현될 수 있다. 작은 차이는 동일한 큰 가중치 인자가 되고 (이 때 상기 공식은 x/(1+0)=x 가 된다), 큰 차이는 덜 중요해 진다 (이 때 상기 공식은 x/(x²)=1/x 가 된다).

기대 시간 스탬프 값을 추정하기 위한 전술한 선행 예측 과정은 수학적으로 덜 복잡하며, 미국특허 제6,658,025호에서 설명된 반복 과정보다 적은 계산 시간을 요구한다.

따라서 전술한 방법은 기준 동보 동기화(RBS)를 위해 특별히 설계되지 않은 망에서 타이밍 정보의 신뢰성 있는 전송을 허용한다. 물리적인 동보(broadcast)가 요구되지 않지만 대신에 논리적 동보가 사용된다. 정확한 타임 스탬핑이 채용된다.

본 발명은 기존 기술보다 고정(locking)이 훨씬 더 신속하게 달성되도록 한다. 예를 들면, 완전한 고정이 종래 기술에서 45분 또는 그 이상이 걸리는 것에 비하여 본 발명에서는 15초 이내에서 성취될 수 있다. 또한 본 발명은 스위치가 5개이고 8-비트 처리기인 경우에 300㎱만큼 좋은 정밀한 주파수 정렬 및 위상 정렬을 가능하게 한다. 기존 기술의 방법들은 정밀한 위상 정렬을 허용하지 않는다.

한편 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이며 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구의 범위에 의해 정해져야 한다.

Claims (26)

1. 제1 클록에 의해 제어되는 소스와 제2 클록에 의해 제어되는 목적지 사이의 비동기 망에서 클록 도메인을 정렬하는 방법에 있어서,

   a) 상기 망에서 소스와 목적지사이에 패킷을 전송하기 위해 예측되는 지연을 추정하는 과정과,

   b) 각각 상기 소스에 있는 마스터 클록을 바탕으로 타이밍 정보를 포함하는 타임스탬프 된 동기화 패킷들을 상기 목적지로 전송하는 과정과,

   c) 데이터 포인트의 셋을 생성하기 위해 상기 목적지에서 동기화 패킷의 셋을 수신하는 과정과,

   d) 상기 예측된 지연보다 더 지연되었음을 나타내는 동기화 패킷들이 상기 기대된 지연에 더 가까운 지연을 나타내는 동기화 패킷들보다 가중치가 덜 부여되도록 상기 데이터 포인트의 셋에 가중치를 부여하는 과정과,

   e) 상기 데이터 포인트들의 다른 가중치들을 고려하여 상기 데이터 포인트의 셋을 바탕으로 현재 지연 추정치를 생성하기 위해 상기 예측된 지연을 갱신하는 과정과,

   f) 상기 예측된 지연에 대한 상기 현재 지연 추정치를 이용하여 새로이 수신된 동기화 패킷들로부터 생성된 새로운 데이터 포인트의 셋들에 대해 과정 d와 e를 계속 반복하는 과정과, 그리고

   g) 상기 소스와 목적지사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 상기 현재 지연 추정치를 바탕으로 상기 소스에서의 클록 도메인으로 상기 목적지에서의 클록 도메인을 계속해서 정렬하는 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 미리 정의된 값보다 더 큰 지연을 가지는 패킷에는 0의 가중치가 부여되고 그에 따라 상기 기대된 지연을 추정하는 목적을 위해 폐기되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 정의된 매개 변수는 상기 지연의 기대값인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 멀티캐스트 되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 동보되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 타임스탬프 되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 패킷은 상기 송신 노드를 실제적으로 떠나는 시간으로 상기 송신 노드에서 타임스탬프 되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 또한 수신 노드들에서 도착 시에 타임스탬프 되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 수신기에서 복구된 클록은 도착하는 패킷을 타임스탬프하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 복구된 클록은 위상 동기 루프(PLL)의 도움으로 입력되는 동기화 패킷에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 지연된 패킷은 상기 기대된 값을 예측하기 위한 예측기를 통한 피드백을 가지는 비선형 필터의 도움으로 가중치가 부여되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 예측기는 마지막 측정의 주파수 추정치를 현재 데이터의 기대된 값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 예측기는 2 또는 그 이상의 차수를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1 클록에 의해 제어되는 소스와 제2 클록에 의해 제어되는 목적지사이의 비동기 망에서 클록도메인을 정렬하는 장치에 있어서,

    a) 소스와 목적지사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 기대되는 지연을 예측하기 위한 예측기와,

    b) 각각 상기 소스에 있는 마스터 클록을 바탕으로 타이밍 정보를 포함하는 타임스탬프 된 동기화 패킷들을 상기 목적지로 전송하기 위한 송신기와,

    c) 데이터 포인트의 셋을 생성하기 위해 상기 목적지에서 동기화 패킷의 셋을 수신하기 위한 수신기와,

    d) 상기 예측된 지연보다 더 지연되었음을 나타내는 동기화 패킷들이 상기 기대된 지연에 더 가까운 지연을 나타내는 동기화 패킷들보다 가중치가 덜 부여되도록 상기 데이터 포인트의 셋에 가중치를 부여하는 비선형 필터와,

    e) 상기 데이터 포인트들의 다른 가중치들을 고려하여 상기 데이터 포인트의 셋을 바탕으로 현재 지연 추정치를 생성하기 위해 상기 예측된 지연을 갱신하는 상기 예측기를 포함하며,

    상기 목적지에서의 클록 도메인은 상기 소스와 목적지 사이의 상기 망을 통해 전달되는 패킷들을 위해 상기 현재 지연 추정치를 바탕으로 상기 소스에서의 클록 도메인으로 계속해서 정렬되도록 구성함을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 미리 정의된 값보다 더 큰 지연을 가지는 패킷에는 0의 가중치가 부여되고 그에 따라 상기 기대된 지연을 추정하는 목적을 위해 폐기되는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 정의된 매개 변수는 상기 지연의 기대값인 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제14항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 멀티캐스트 되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제14항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 동보되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제14항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 상기 송신 노드에서 타임스탬프 되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 패킷은 상기 송신 노드를 실제적으로 떠나는 시간으로 상기 송신 노드에서 시간스탬프 되는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 동기화 패킷은 또한 수신 노드들에서 도착 시에 타임스탬프 되는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 수신기에서 복구된 클록은 도착하는 패킷을 타임스탬프하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 복구된 클록은 위상 동기 루프(PLL)의 도움으로 입력되는 동기화 패킷에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제14항에 있어서, 상기 지연된 패킷은 상기 기대된 값을 예측하기 위한 예측기를 통한 피드백을 가지는 비선형 필터의 도움으로 가중치가 부여되는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 예측기는 마지막 측정의 주파수 추정치를 현재 데이터의 기대된 값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 예측기는 2 또는 그 이상의 차수를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.