NO313778B1 - Fremgangsmåte for å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt og en tidsserver som benytterfremgangsmåten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for å inkludere et tidsstempel i en datapakke, hvor nevnte tidsstempel angir tiden for en lokal klokke på det tidspunkt nevnte pakke ble sendt. Oppfinnelsen vedrører også en tidsserver som benytter nevnte fremgangsmåte for å distribuere tidsinformasjonspakker på et datamaskinnettverk.

Når et flertall av datamaskinsystemer er forbundet over et datamaskinnettverk, er det ofte av stor viktighet at de respektive systemers lokale klokker er synkronisert. Dette er særlig viktig i substasjon-automatiseringsapplikasjoner i effektnett for høye og mellomstore spenninger, hvor rådata sendes fra produsent- til mottakernoder. Andre eksempler omfatter sanntidssystemer slik som prosessreguleringssystemer, der de respektive deler av systemet nødvendigvis må operere på en felles tidsreferanse. Multimediaapplikasjoner og standard kontornettverk behøver også synkroniserte klokker.

For å oppnå dette har det vært vanlig at kommunikasjonen i særlig kritiske systemer har blitt basert på kostbare kommunikasjonssystemer med separate linjer, slik som fiberoptikk, som bare har blitt benyttet for distribusjon av tidsinformasjon.

Det har også blitt utviklet standarder som tar sikte på å forbedre utvekslingen av tidsinformasjon over det samme datamaskinnettverket som annen datakommunikasjon. Eksempler omfatter RFC 1305 - Network Time Protocol (NTP) og RFC 2030 - Simple Network Time Protocol (SNTP). Kort beskrevet er den sistnevnte basert på en klient som forespør en tidsoppdatering fra en tidsserver, hvor tidsserveren mottar tidssignaler (eng.: timing signals) fra en svært nøyaktig kilde slik som GPS (Global Positioning System) eller en atomklokke. Tidsførespørselen som sendes til serveren omfatter et tidsstempel Tl som indikerer når pakken ble sendt fra klienten ifølge klientens lokale klokke. Som svar på forespørselen sender serveren en svarpakke tilbake til klienten. Svarpakken inkluderer to tidsstempler, T2 og T3, der T2 er tiden forespørselen ble mottatt av tidsserveren og T3 er tiden svarpakken ble sendt fra tidsserveren. Når klienten mottar svaret fra tidsserveren, bestemmer den en ankomsttid, T4, for svaret. Det kan sees at av disse fire tidsstempler, er Tl og T4 basert på den lokale klokken i klienten, mens T2 og T3 er i samsvar med den lokale klokken for tidsserveren.

Basert på disse tidsstemplene er klienten i stand til å beregne følgende

hvor

d er tur-retur-forsinkelsen (eng.: the round trip delay), og

t er den lokale klokkeoffset.

Denne fremgangsmåten lider av flere svakheter. Vi vil anta at klienten og serveren er forbundet over bare en forbindelse slik at propageringstiden mellom dem forblir konstant. Inkluderingen av ytterligere nettverkselementer slik som svitsjer mellom klienten og serveren vil tilføre unøyaktigheter til fremgangsmåten. Andre unøyaktigheter er imidlertid relatert til registreringen av ulike tidsstempler. Når det gjelder Tl, er det viktig at pakken ikke forblir i køen for sending etter at Tl har blitt registrert. Dette problemet kan avhjelpes på flere måter, f.eks. ved å bruke tidsstempelet Tl bare som referansetidsstempel, mens den lokale klokketid Tl' registreres i klienten når pakken virkelig sendes. Når det gjelder T2, finnes flere muligheter. Dersom serveren er i stand til å registrere T2 umiddelbart idet pakken mottas ved serverens Ethernet-kontroller, kan et eksakt tidsstempel oppnås. Men dersom pakken må traversere Ethernet-driveren og hele UDP/IP-protokollstakken før den registreres av serverapplikasjonen, vil tidsstempelet være mye mindre nøyaktig. Når det gjelder T3 er problemet liknende det problemet som er beskrevet i relasjon til Tl. I dette tilfellet er det ikke mulig å benytte den samme metode som beskrevet i relasjon til Tl. Dersom T3 forsinkes i serverens utgangsbuffer etter at tidsstempelet T3 har blitt bestemt, vil T3 være unøyaktig. Og siden klienten baserer oppdateringen av sin egen lokale klokke på innholdet av svarpakken, kan problemet ikke avhjelpes ved registrering i serveren når pakken virkelig sendes. T4 er mindre problematisk. Siden klienten forventer et svar, vil den være i stand til å overvåke sine inngangporter og registrere ankomsten av svarpakken med stor nøyaktighet.

US patent 5 481 258 beskriver et distribuert system, spesielt et oppkallingssystem (eng.: a paging system), omfattende en systemkontroller og et flertall av distribuerte oppkallingsstasjoner (eng.: paging stations). Oppkallingsstasjonene koordinerer sine respektive klokker ved hjelp av tidsinformasjon overført fra systemkontrolleren. Systemkontrolleren sender et tidsmerke (eng.: a time mark), og ved et fremtidig tidspunkt sender den sendetidspunktet for tidsmerket. Hver mottakende oppkallingsstasj on registrerer tiden ved hvilken tidsmerket ankom i samsvar med dens egen lokale klokke, og de måler tidsintervallet mellom det tidspunktet tidsmerket ankom på og det tidspunktet tidsmerket ble overført av systemkontrolleren på. Ved å subtrahere tiden tidsmerket ble sendt av systemkontrolleren fra propageringstiden til den respektive oppkallingsstasj onen, kan hver oppkallingsstasj on bestemme og korrigere feilen i sin egen klokke.

US patent 4 815 110 beskriver en fremgangsmåte for å synkronisere klokker i et lokalt nettverk av busstype, slik som Ethernet. Fremgangsmåten er basert på å la én enhet på nettverket operere som en masternode. Fra masternoden sendes en synkroniseringsmelding, adressert til alle nodene, inkludert masternoden. Alle nodene registrerer så det tidspunktet synkroniseringsmeldingen mottas. Masternoden overfører så en klokketidsmelding som inneholder masternodeklokketilstanden da den mottok synkroniseringsmeldingen. De respektive slavenoder vil sammenligne den mottatte masterklokketilstanden med klokketilstandene som har blitt lest i slavenodene, og korrigere deres lokale klokker i samsvar med resultatene av denne sammenligningen.

Denne fremgangsmåten er fordelaktig dersom alle slavenodene er forbundet direkte til den samme bussen eller til et hub-basert Ethernet-nettverk. Den eneste forskjellen i tid for registreringen av synkroniseringsmeldingen ved masternoden og ved slavenodene vil være differansen i propageringsforsinkelse. Denne differansen vil være statisk, og kan korrigeres ved hjelp av kalibrering. Ingen av publikasjonene nevnt ovenfor henvender seg til problemet som introduseres i en nettverksstruktur basert på svitsjer. Dersom det bare er én svitsj mellom masternoden og slavenodene, og svitsjen er basert på såkalt «delt minne»-arkitektur, vil forsinkelsen gjennom svitsjen i det minste bli den samme for masternoden og alle slavenodene. Dersom det imidlertid finnes flere svitsjer mellom masternoden og slavenodene, eller dersom svitsjen ikke er av «delt minne»-type, vil forsinkelsen være variabel. På grunn av dette har fremgangsmåten begrenset skalerbarhet.

En annen ulempe med fremgangsmåtene beskrevet ovenfor er at de krever at en ytterligere melding sendes fra tidsserveren etter sendingen av tidsmerket eller synkroniseringsmeldingen. Dette betyr at ingen av meldingene kan utnyttes i samsvar med NTP/SNTP-standardene uten å modifisere disse standardene.

Det er derfor en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å distribuere tidsinformasjon i et datamaskinnettverk, hvor problemene og ulempene ovenfor er avhjulpet.

Spesielt er det en hensikt ved oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt.

Mes spesifikt er det en hensikt ved oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte for å tilveiebringe en pakke med et tidsstempel som med stor nøyaktighet angir den tiden, i samsvar med en lokal klokke, hvorved pakken ble sendt.

Det er en videre hensikt ved oppfinnelsen å oppnå distribusjon av tidsinformasjon i et svitsjet Ethernet med en nøyaktighet som gjør slike nettverk til et aktuelt alternativ til nettverk med faste tidsluker. Profibus og MVB er eksempler på nettverksimplementasjoner med faste tidsluker. Et relevant sanntidssystem som krever nøyaktig tidssynkronisering via dets kommunikasjonsinfrastruktur er et høyspennings- (HV-) substasjonautomatiseringssystem.

Fordelen med sanntidssystemer med faste tidsluker er at ankomsttiden for datapakker er deterministisk. Dette vil ikke være tilfelle i svitsjede nettverk basert på f.eks. IEEE 802.3 (Ethernet), av grunner beskrevet ovenfor. Det er imidlertid mulig å overkomme dette problemet ved å forsikre seg om at hver pakke med måledata inneholder et nøyaktig tidsstempel som angir når målingen ble utført. Problemet er da redusert til et synkroniseringsproblem, hvor utfordringen er å synkronisere hver node i nettverket der målinger er utført. Det skal imidlertid bemerkes at selv om oppfinnelsen primært vil beskrives i sammenheng med synkronisering av substasjoner over et nettverk av Ethernet-type, vil oppfinnelsen finnes å være brukbar i tallrike andre anvendelser og i sammenheng med andre typer nettverk.

De angitte hensiktene ved oppfinnelsen oppnås ved hjelp av de trekkene som er angitt i de selvstendige krav. Fordelaktige utførelsesformer og ytterligere trekk er angitt i de uselvstendige krav.

Hensikten med å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt, hvor nevnte tidspunkt ikke spesifikt relaterer seg til noen informasjon inneholdt i pakken som skal sendes, løses i samsvar med oppfinnelsen som følger. Fremgangsmåten er basert på å gjøre kommunikasjonsporten eller -porter som pakken skal sendes på, utilgjengelig for trafikk som innebærer konflikt, i en tidsperiode som avsluttes på det tidspunkt pakken skal sendes. En hvilken som helst pågående sending tillates imidlertid å fortsette. Så snart en hvilken som helst pågående trafikk er fullført på den/de aktuelle porten eller portene, sendes et opptattsignal. Under sendingen av opptattsignalet forberedes pakken eller pakkene for sending, idet de plasseres i de respektive utgangsbuffere med høyest prioritet. Når opptattsignalet avsluttes, vil pakkene sendes etter en forsinkelse som er lik det minimale tillatelige tidsgap mellom pakker.

Selv om det kan sees at trekkene i oppfinnelsen beskrevet ovenfor kan anvendes for et hvilket som helst antall anvendelser der det er nødvendig å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt, er oppfinnelsen spesielt anvendelig som en fremgangsmåte for å inkludere et tidsstempel i en datapakke, hvor tidsstempelet angir når, i henhold til en lokal klokke, pakken ble sendt. Dette er særlig nyttig som en metode for å distribuere tidsinformasjonspakker i et datamaskinnettverk for synkronisering av lokale klokker, slik det vil beskrives nærmere nedenfor. Denne fremgangsmåten er i prinsippet liknende den ovennevnte, med tillegg av å tillegge tiden for sendingen som et tidsstempel i pakken. Siden tidspunktet som pakken sendes på ikke er kritisk, så lenge den korresponderer med tidsstempelet i pakke, behøver imidlertid ikke opptattsignalet å avsluttes ved et forhåndsbestemt tidspunkt. I stedet kan det opprettholdes i en forhåndsbestemt tidsperiode, og tidsstempelet kan bestemmes basert på lengden av denne perioden. Dette betyr også at opptattsignalet ikke behøver å være et signal som kan avsluttes til en hvilken som helst tid. Det kan også være en dummy-pakke med en fast lengde og inneholde et forhåndsbestemt mønster som kan detekteres på kommunikasjonsporten. Det skal bemerkes at dette alternativet ikke er egnet for sending samtidig på flere kommunikasjonsporter, siden det ikke kan garanteres at sending av dummypakker vil begynne samtidig på alle porter.

Begge fremgangsmåtene beskrevet ovenfor er egnet for både full dupleks og halv dupleks. Det skal imidlertid bemerkes at det i tilfellet av full dupleks ikke er nødvendig faktisk å sende et opptattsignal eller en dummypakke for å beslaglegge transmisjonsmediet, idet enhver innkommende trafikk ikke vil være i konflikt med sendingen av den utgående pakken. I dette tilfellet er det tilstrekkelig å sikre at ingen ny utgående transmisjon vil ha tilgang til kommunikasjonsportene etter at en hvilken som helst pågående transmisjon har blitt fullført. Dette kan gjøres ved å udyktiggjøre (eng.: by disabling) innkomsten av nye pakker, bortsett fra den aktuelle pakken, for en tidsperiode som er minst så lang som den tiden det tar å sende en pakke av maksimal lengde, og å sikre at pakken gis den høyeste prioritet, eller alternativt kan det gjøres ved å udyktiggjøre innkomsten av nye pakker inn til utgangsbufferet for en tidsperiode som er tilstrekkelig til å tømme (eng.: to flush) bufferet, og derved sikre at den aktuelle pakken er den første pakken til å komme inni bufferet når innkomst igjen dyktiggjøres (eng.: is enabled).

En tidsserver som opererer i samsvar med oppfinnelsen vil omfatte en prosessor som opererer i samsvar med instruksjoner i et minne, en lokal klokke og en eller flere kommunikajonsporter med utgangsbuffere. Fortrinnsvis omfatter serveren også inngangsmidler for å motta tidssignaler fra en ekstern klokke, slik som en GPS-mottaker eller en atomklokke. Tidsserveren kan videre omfatte midler for å generere og eventuelt detektere opptattsignaler eller dummy-pakker, og i den grad det er mulig, er det ønskelig at slike midler er realiserrt som ytterligere instruksjoner som kan utføres av prosessoren.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i nærmere detalj ved hjelp av eksempler, og med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor

fig. 1 illustrerer utvekslingen av informasjon i en unicast SNTP-tidsinformasj onsdistribusj on,

fig. 2 viser meldingsformatet i samsvar med SNTP versjon 4,

fig. 3 viser et flytskjema som illustrerer en første utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 4 viser et flytskjema som illustrerer en andre utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 5 viser et flytskjema som illustrerer en tredje utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 6 viser et flytskjema som illustrerer en fjerde utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 7 viser en tidslinje som illustrerer sending på et flertall porter, samsvarende med utførelsesformen illustrert i figur 6,

fig. 8 viser et blokkdiagram for en tidsserver.

De følgende eksempler på utførelsesformer av oppfinnelsen er implementasjoner som benytter «Simple Network Time Protocol». Det skal imidlertid bemerkes at selv om dette er et velegnet format for tidsinformasjonsdistribusjon, er oppfinnelsen på ingen måte begrenset til slike implementasjoner. Faktisk, og slik det allerede er blitt nevnt, er oppfinnelsen ikke begrenset til tidsinformasjonsdistribusjon, men kan like godt benyttes for andre anvendelser der det er nødvendig å sikre en datapakke aksess til et transmisjonsmedium ved et gitt tidspunkt. For klarhetens skyld vedrører likevel alle de følgende eksemplene tidsinformasjonsdistribusjon, idet disse eksemplene vil forsyne fagmannen med den nødvendige forståelse for hvordan oppfinnelsen skal utøves i sammenheng med en særlig nyttig anvendelse.

Fig. la illustrerer informasjonsstrømmen i en unicast-distribusjon av tidsinformasjon i samsvar med SNTP-protokollen. Ved tiden Tl forespør klienten tidsinformasjon ved å sende en pakke til tidsserveren. Meldingsformatet for denne pakken, som følger IP- og UDP-headerne, er vist i fig. 2. Alle feltene for denne meldingen vil ikke bli beskrevet, idet det henvises til RFC 2030, Simple Network Time Protocol (SNTP) versjon 4, for IPv4, IPv6 og OSI, av D. Mills, University of Delaware, oktober 1996.

Feltet betegnet «Originate Timestamp» inneholder et tidsstempel som angir ved hvilken tid Tl forespørselen forlot klienten mot serveren i 64-bit tidsstempelformat. Når forespørselen er mottatt ved tidsserveren, er tiden T2 registrert og nedtegnet som et tidsstempel i feltet betegnet «Receive Timestamp». Meldingen blir så returnert til klienten, og tiden T3 ved hvilken svaret forlot serveren mot klienten blir registrert i feltet betegnet «Transmit Timestamp». Når svaret er mottatt ved klienten, registrerer klienten denne tiden T4. Bemerk at Tl og T4 vil være i samsvar med den lokale klokken for klienten, mens T2 og T3 er i samsvar med den lokale klokken for serveren.

Slik det allerede er beskrevet, beregnes tur-retur-forsinkelsen så ved

og den lokale klokkeoffset er

Det er også mulig å beregne tidsoffseten bare basert på enten Tl og T2 eller T3 og T4, men bare dersom det kan kompenseres for propageringsforsinkelsen og hvilke som helst andre forsinkelser ved hjelp av kalibrering, eller disse er neglisjerbare. Systemer hvor tidsinformasjon sendes eller kringkastes fra en tidsserver uten noen forespørsel fra klienten, slik som systemet beskrevet i det ovenfor nevnte US patent 5 481 258, eller SNTP i multicast-modust, ville samsvare med det siste alternativet.

Videre, med henvisning til figur lb, er det for å forbedre nøyaktigheten for metoden mulig å å bruke tidsstempelet Tl bare som en referanse som identifiserer forespørselen, og å registrere et tidspunkt Tl' når forespørselen virkelig forlater klienten. Denne tiden Tl' vil registreres i maskinvare så eksakt som mulig og lagres i klienten. Etter mottak av svaret fra tidsserveren vil klienten så erstatte Tl med Tl' og beregne henholdsvis

Nøyaktigheten av tidsstemplene T2 og T4 avhenger av hvor eksakt serveren, henholdsvis klienten, er i stand til å detektere ankomsttidspunktet for en melding. Dette avhenger av flere faktorer, slik som hvorvidt meldingen er detektert i maskinvare ved inngangsporten for enheten eller om den må traversere de ulike protokollagene før den detekteres av tidsserveren eller tidsklientprogramvaren.

Denne eksempelutførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen vedrører økning av nøyaktigheten av tidsstempelet i et meldingsfelt som angir når meldingen som inneholdt dette tidsstempelet ble sendt. Vi legger merke til at det finnes to slike tidsstempler i prosedyren beskrevet ovenfor, Tl og T3. Siden nøyaktigheten av Tl kan forbedres ved å erstatte den med Tl' som beskrevet, er oppfinnelsen mest nyttig når den benyttes til å forbedre nøyaktigheten av T3, men den kan like gjerne benyttes for å forbedre Tl. Slik det vil forstås av ordinære fagfolk på området, er fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen like anvendelig i andre systemer som krever deterministisk tilgang for en pakke til et nettverk eller annet medium som er basert på multippel tilgang (eng.: multiple access).

Den foreliggende oppfinnelsen er basert på prinsippet med å danne et tidsstempel som angir et fremtidig tidspunkt, å plassere pakken som inneholder tidsstempelet i en utgangskø, og å sende pakken når den lokale klokken når tiden angitt i pakken. For å være i stand til å gjøre dette, er det imidlertid nødvendig å sikre tilgang til transmisjonsmediet på riktig tidspunkt. Løsningen på dette problemet kan variere, avhengig av hvorvidt transmisjonsmediet er full dupleks eller halv dupleks.

Med henvisning til figur 3 vil en første utførelsesform av oppfinnelsen beskrives. Utførelsesformen vil bli beskrevet som realisert i en tidsserver som er i stand til å operere på et transmisjonsmedium med full dupleks. Siden serveren er i stand til å operere i full dupleks, vil utgående transmisjon ikke hindres av innkommende transmisjon. Det er derfor ikke nødvendig å hindre noen innkommende transmisjon på de portene serveren forbereder for sending av tidsinformasjonspakken. Det er imidlertid nødvendig å forsikre seg om at kommunikasjonsporten eller -portene ikke vil være opptatt med å sende andre pakker når det er tid for å sende tidsinformasjonspakken. Dette gjøres ved å udyktiggjøre (eng.: by disabling) 101 sendingen av nye pakker på porten eller portene på hvilke tidsinformasjonspakken skal sendes, og samtidig å registrere tiden for den lokale klokken i tidsserveren. En hvilken som helst pågående sending av pakker tillates imidlertid å fortsette. Lengden av den tidsperioden der sendingen er udyktiggjort, settes til å være lengre enn sendingstiden for en pakke av maksimal størrelse. På denne måten garanteres at all pågående sending vil være fullført, og at alle utgangsporter vil være uvirksomme (eng.: idle) før slutten av udyktiggjøringsperioden (eng.: the disable period). Etter dette leses 102 tiden for den lokale klokken. Fortrinnsvis leses den lokale klokken på samme tid som transmisjonen udyktiggjøres, men dette kan også gjøres på et senere tidspunkt, så lenge den gjenværende tiden av udyktiggjøringsperioden er kjent. Basert på den registrerte tiden for den lokale klokken, genereres 103 et tidsstempel TS. Sendetidsstempelet settes lik tiden for den lokale klokken registrert da sendingen ble udyktiggjort pluss lengden av udyktiggjøringsperioden, eller

der TS er sendetidstempel (eng.: Transmit Timestamp), To er den registrerte tiden for den lokale klokken når sendingen ble udyktiggjort og Tdis er tidsperioden under hvilken sendingen forblir udyktiggjort. En tidsinformasjonspakke som inneholder tidsstempelet blir så generert og plassert 104 i den første posisjonen i utgangskøene.

Etter en forhåndsbestemt tid 105 dyktiggjøres 106 igjen sendingen, og tidsoppdateringspakken vil umiddelbart sendes på de portene som den ble plassert i (eng.: on which it is queued).

I henhold til Ethernet-standarden er den maksimale pakkestørrelse 1518 bytes. Dette betyr at dersom bitraten på dropforbindelsene er 100 Mbps, vil varigheten for udyktiggjøringen av sendingen, TdjS, typisk være lik eller større enn 122 ^is, mens ved 10 Mbps vil Tdjs være lik eller større enn 1,22 ms. For å sikre at tidsoppdateringspakken er ved starten av køen når sendingen igjen dyktiggjøres, kan pakken gis høyeste prioritet i henhold til IEEE 802.1p-standarden.

Dersom forbindelsen er halv dupleks, avhenger deterministisk tilgang av innkommende trafikk. De følgende utførelsesformer av oppfinnelsen tar seg av dette ved å sikre at det ikke vil finnes noen konfliktdannende innkommende trafikk ved det beregnede tilgangstidspunkt for nettverket. Derfor er disse utførelsesformene fordelaktige for både halv og full dupleks.

Med henvisning til figur 4 vil en alternativ utførelsesform bli beskrevet. Denne utførelsesformen tar hensyn til nødvendigheten av å sikre at porten er tilgjengelig for sending og ikke opptatt med noen utgående pakke, eller er udyktiggjort av noen innkommende pakke eller annen trafikk på transmisjonsmediet. Utgående pakker må udyktiggjøres både i tilfellet av transmisjon med halv dupleks og ved full dupleks, mens problemet med innkommende eller annen trafikk bare vedrører halv dupleks, slik som om tidsserveren sender på en toleders droppforbindelse eller på en databuss eller radiopakkenettverk der tilgang bestemmes ved tilgangsprotokoller basert på trafikkdeteksjon og kollisjonsdeteksjon.

For å udyktiggjøre sending ut fra tidsserveren og samtidig hindre andre noder i å sende data på transmisjonsmediet, genereres og plasseres 201 en dummy-pakke i utgangskøen for porten som den skal sendes på. Dummy-pakken inneholder et bestemt mønster som gjør det mulig å identifisere den.

Etter at dummy-pakken er plassert i utgangskøen, overvåkes 202 utgangsporten. Så snart det bestemte mønsteret som identifiserer dummy-pakken er detektert 203 å være sendt på porten, leses 204 tiden To for den lokale klokken. Etter dette genereres 205 et tidsstempel TS, og dette registreres som sendingstidsstempel (eng.: the Transmit Time Stamp) for en tidsinformasjonspakke. Tidsstempelet settes lik tiden for den lokale klokken registrert når sendingen ble udyktiggjort, pluss tiden det tar å fullføre sendingen av dummy-pakken, pluss lengden av det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker, eller

der TS er sendetidsstempelet, To er den registrerte tiden for den lokale klokken da dummy-pakken ble detektert, TflUSh er den nødvendige tiden for å fullføre sending av dummy-pakken, og Tgap er det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker.

Ved å plassere dummy-pakken i utgangsbufferet 206, og idet det sikres at ingen pakke er satt i kø mellom dummy-pakken og tidsinformasjonspakken, vil tidsinformasjonspakken nødvendigvis sendes når tiden for den lokale klokken når den samme verdi som tidsstempelet i sendingstidsstempelfeltet (eng.: the Transmit Time Stamp field) for tidsinformasjonspakken.

Med henvisning til fig. 5 vil det beskrives en alternativ utførelsesform der dummy-pakken er erstattet av et opptattsignal (eng.: a busy signal). I henhold til Ethernet-standarden omtales et slikt opptattsignal som et tilbaketrykkssignal (eng: a back pressure signal), og benyttes normalt for å unngå innkommende informasjon når utgangsbufferne for en svitsj er i ferd med å overfylles.

Tidsserveren dyktiggjør 301 et opptattsignal på den utgangsporten som tidsinformasjonspakken skal sendes på. Samtidig registreres 302 den lokale klokketid To. Alternativt registreres den lokale klokketid når opptattsignalet detekteres på kommunikasjonsporten. Etter dette genereres 303 et tidsstempel TS. Tidsstempelet TS settes lik den registrerte tid for den lokale klokken da opptattsignalet ble dyktiggjort eller detektert, To, pluss tiden opptattsignalet vil forbli dyktiggjort etter at tiden for den lokale klokken har blitt registrert, pluss det minimale tillatelige tidsgapet mellom pakker, eller

der TS er sendetidsstempelet, To er den registrerte tiden for den lokale klokken da dummy-pakken ble detektert, Tbusy er tiden opptattsignalet vil forbli dyktiggjort eller tiden det vil forbli aktivert (eng.: on) etter at det har blitt detektert, og Tgap er det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker. Tidsinformasjonspakken plasseres 304 så i den første posisjonen for utgangskøen, der den venter 305 inntil opptattsignalet er udyktiggjort 306. Dette vil sikre at tidsinformasjonspakken sendes når tiden for den lokale klokken blir lik tidsstempelet i tidsinformasj onspakken.

Det må bemerkes at selv om den første utførelsesformen beskrevet med henvisning til fig. 3 kan benyttes også når tidsinformasjonspakken skal sendes på flere utgangsporter samtidig, er dette ikke tilfelle med de to utførelsesformene der aksess til transmisjonsmediene sikres ved hjelp av sending av en dummy-pakke, henholdsvis et opptattsignal. Dette skyldes at tiden for den lokale klokken registreres og at sendingen av dummy-pakken eller opptattsignalet startes så snart utgangsporten er tilgjengelig, og fortsetter i en forhåndsbestemt tid. I det tilfellet at sending av tidsinformasjonspakken finner sted på flere utgangsporter, er det imidlertid ingen grunn til å forvente at disse portene vil bli tilgjengelig samtidig.

Videre med henvisning til fig. 6 vil det beskrives en alternativ utførelsesform, som tillater sending av tidsinformasjonspakker på multiple porter. Slik som i tilfellet ved utførelsesformen beskrevet med henvisning til fig. 5, dyktiggjør 401 tidsserveren et opptattsignal, men denne gangen på et flertall av kommunikasjonsporter. Det finnes da tre foretrukkede alternativer for når tiden To for den lokale klokken leses 402. Den kan enten leses ved den tiden opptattsignalet dyktiggjøres, så snart opptattsignalet er detektert på minst én utgangsport, eller så snart opptattsignalet er detektert på alle utgangsportene. Det er åpenbart mulig å velge et hvilket som helst annet tidspunkt inne i intervallet mellom dyktiggjøring av opptattsignalet og den virkelige generering av tidsinformasjonspakken, så lenge tiden fra lesing To og inntil sending av tidsinformasjonspakken er deterministisk. De tre alternativene som er nevnt er imidlertid veldefinert, og er derfor foretrukkede alternativer.

Så snart tiden To er lest, genereres 403 et tidsstempel. Tidsstempelet er igjen gitt som

der TS er sendetidsstempelet, To er den registrerte tiden for den lokale klokken enten når opptattsignalet er dyktiggjort eller når opptattsignalet er detektert på en eller alle kommunikasjonsporter, Tbusy er tidsperioden opptattsignalet vil forbli dyktiggjort under etter at To har blitt detektert, og Tgap er det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker. Dersom To er registrert når opptattsignalet er dyktiggjort eller når det er detektert på minst én port, bør opptattsignalet dyktiggjøres i det minste for en tidsperiode Tbusy som er like lang som tiden det tar å sende en pakke av maksimal størrelse, eller Tbusy > TflUSh. Dette vil sikre at den pågående sending av pakker vil fullføres, og at sendingen av opptattsignalet vil ha startet på alle porter før opptattsignalene udyktiggjøres og tidsinformasjonspakken sendes. Dersom tiden for den lokale klokken To bare registreres etter at opptattsignalet har blitt detektert på alle kommunikasjonsportene, er det tilstrekkelig at opptattsignalene holdes dyktiggjort bare så lenge at tidsserveren har tilstrekkelig tid til å generere tidsinformasjonspakkene og å plassere dem i den første posisjon i utgangskøene. Den eksakte følgen av disse trinnene er imidlertid ikke kritisk, så lenge den gjenværende tid hvori opptattsignalet er kjent ved det tidspunktet den

lokale klokken leses. (dvs. den lokale klokken kan leses før eller etter deteksjonen av opptattsignalet og tidsinformasjonspakkene kan plasseres i utgangsbuffere eller køer idet opptattsignalene detekteres på de ulike porter eller etter deteksjon på alle portene. Hvilket alternativ som er foretrukket i det enkelte tilfelle, kan avhenge av arkitekturen for tidsserveren.) Fig. 6 illustrerer en utførelsesform hvor

tidsinformasjonspakkene etter deteksjon 404 av opptattsignalet på alle utgangsporter plasseres 405 i utgangsbuffere. Etter at den forhåndssatte tidsperioden har utløpt 406, udyktiggjøres 407 opptattsignalet samtidig på alle utgangsporter.

Figur 7 illustrerer denne prosessen. De fire horisontale stolpene i diagrammet illustrerer sendingen på de fire ulike portene. Ved et første tidspunkt er opptattsignalet dyktiggjort på alle porter. Dette er det første tidspunktet hvor tiden for den lokale klokken kan bli registrert. Dersom dette alternativet blir valgt, blir tiden Tbusy som illustrert ved tidslinjen merket A. Siden alle portene er opptatt med å sende eller motta andre pakker, vil ikke noe opptattsignal bli sendt ennå. Når den første porten, port 1, avslutter den pågående sending, vil et opptattsignal iverksettes på denne porten. Dette er det andre alternativet for når den lokale klokken kan bli lest. Dersom den lokale klokken leses ved dette tidspunktet, vil Tbusy bli som illustrert ved tidslinjen B. Både A og B vil nødvendigvis måtte være lengre enn den totale sendetiden for en pakke med maksimal lengde for at alle portene skal være i stand til å avslutte en hvilken som helst pågående sending. I det illustrerte eksempelet er port 2 den siste porten som skal avslutte den pågående sendingen. Det tredje alternativet for når tiden To blir lest fra den lokale klokken, er ved eller etter dette tidspunktet, når opptattsignalet er detektert på alle portene. I dette tilfellet blir tiden Tbusy tiden over hvilken opptattsignalet forblir dyktiggjort på alle portene, slik det er illustrert ved tidslinjen C. Bemerk at siden opptattsignalet nå detekteres på alle porter, behøver Tbusy i dette tilfellet ikke være så lang som sendetiden for en pakke av maksimal lengde. Det er tilstrekkelig at Tbusy gir tidsserveren nok tid til å plassere tidsstempelet TS i tidsinformasjonspakkene og å plassere dem i den første posisjon for de respektive utgangskøer. Det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker er illustrert ved tidslinjen merket D.

Utførelsesformen som nettopp er beskrevet, som sikrer at tidspakkene kan sendes samtidig på flere porter, er særlig nyttig når tidsserveren er integrert i en svitsj, som beskrevet i den samme søkerens parallelle søknad med tittel »Integrert svitsj og tidsserver».

Det skal bemerkes at utførelsesformene beskrevet med henvisning til henholdsvis figur 4, 5 og 6, innebærer en viss risiko for kollisjon, idet de angår halv dupleks-transmisjon. Dette kan inntreffe fordi tidsinformasjonspakken, etter slutten av sendingen av henholdsvis dummy-pakken eller opptattsignalet, må vente en tidsperiode Tgap før den kan sendes. Tgap er lik interpakkegapet (eng.: Inter Packet Gap) (IPG), som også er den tidsperioden en mottakende klient på vente etter slutten av mottak av dummy-pakken eller opptattsignalet. Det er derfor mulig at klienten vil begynne sending før eller på den eksakte tid da den mottar tidsinformasjonspakken, hvilket resulterer i en kollisjon. Tallrike fremgangsmåter for kollisjonsdeteksjon er kjent i teknikken. Det er foretrukket at en slik fremgangsmåte er implementert i tidsserveren, og at prosessen etter deteksjon av en kollisjon restartes, inkludert sending av en ny dummy-pakke eller opptattsignal og generering av en ny tidsinformasjonspakke. Den eksakte metode som velges for kollisjonsdeteksjon avhenger av faktorer slik som arten av transmisjonsmedium, og er ikke en del av denne oppfinnelsen.

Med henvisning til figur 8 er en tidsserver 501 basert på oppfinnelsen illustrert i et blokkdiagram. Tidsserveren i illustrasjonen har bare én kommunikasjonsport 502 med et utgangsbuffer, men en slik tidsserver kan også ha flere utgangsporter, hvilket vil være tilfelle dersom tidsserveren er integrert i en svitsj, slik det er beskrevet i den parallelle patentsøknaden nevnt ovenfor. Tidsserveren omfatter videre en lokal klokke 503 som kan leses fra en prosessoranordning 504. Prosessormidlene 504 opererer i samsvar med instruksjoner i en lokal minneanordning 505. Disse instruksjoner vil sette prosessoren i stand til å operere i henhold til en tidsdistribusjonsprotokoll, slik som SNTP som allerede er blitt nevnt. Ytterligere instruksjoner vil tillate prosessoren 504 å lese verdien av den lokale klokken, generere tidsstempler og tidsinformasjonspakker, generere dummy-pakker eller opptattsignaler, overvåke kommunikasjonsportene og detektere kollisjoner på transmisjonsmediet, som bestemt av den særlige utførelsesformen av oppfinnelsen. I tillegg til prosessormidlene 504 kan tilegnede logiske kretser benyttes for noen av disse oppgavene, slik som deteksjon av opptattsignal eller dummy-pakke, så vel som kollisjonsdeteksjon, i den hensikt å øke hastigheten.

Tidsserveren 501 vil foretrukket også omfatte inngangsmidler 506, gjennom hvilke tidsserveren kan være forbundet til en ekstern klokke 507, slik som en GPS-mottaker (Global Positioning System) eller en atomklokke.

Transmisjonsmediet som tidsserveren 501 sender på, er angitt som 508, og kan variere i henhold til omstendighetene.

Det skal bemerkes at selv om utførelsesformene beskrevet ovenfor primært henviser til oppfinnelsen brukt i relasjon til tidsservere, er fremgangsmåten angitt i de vedføyde krav rettet mot en fremgangsmåte for å inneholde et tidsstempel i en datapakke generelt, og at denne datapakken ikke nødvendigvis må være en tidsinformasjonspakke som sådan. Det skal videre bemerkes at selv om eksemplene ofte viser til Ethernet-protokollen, er dette også bare som eksempel, og det må forstås at en fagmann innenfor oppfinnelsens område vil innse at oppfinnelsen har tilsvarende anvendelighet med en hvilken som helst lignende kommunikasjonsprotokoll.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for å sikre aksess til et transmisjonsmedium ved et forhåndsbestemt tidspunkt, for sending av en datapakke, karakterisert ved å gjøre en eller flere kommunikasjonsporter som nevnte pakke skal sendes på, utilgjengelig for konfliktdannende trafikk i en tidsperiode som er satt til å avsluttes ved det forhåndsbestemte tidspunkt, å forberede nevnte datapakke for sending så snart nevnte kommunikasjonsporter igjen er tilgjengelige, og å sende nevnte datapakke når nevnte en eller flere kommunikasjonsporter igjen er gjort tilgjengelige.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at trinnet med å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige ikke interfererer med noen pågående sending av pakker, men udyktiggjør enhver sending av nye pakker, og at tidsperioden hvorved sending er udyktiggjort er større enn tidsperioden for å sende en pakke av maksimal størrelse.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at trinnet med å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige omfatter å dyktiggjøre et opptattsignal som vil begynne sending på kommunikasjonsportene så snart en hvilken som helst pågående sending eller mottak på den respektive port er fullført og vil fortsette inntil tiden som gjenstår før nevnte forhåndsbestemte tidsperiode er lik det minimalt tillatelige tidsgap mellom etterfølgende pakker, og trinnet med å sende datapakkene omfatter å forberede pakken for sending etter avslutning av opptattsignalet.

4. Fremgangsmåte for å inkludere et tidsstempel i en datapakke, idet nevnte tidsstempel angir tiden fro en lokal klokke i det øyeblikk nevnte pakke sendes, karakterisert ved å gjøre en eller flere kommunikasjonsporter som nevnte pakke skal sendes på, utilgjengelig for datatrafikk, å generere en datapakke som inneholder et tidsstempel lik en registrert tid for den lokale klokken pluss den gjenværende tidsperiode som nevnte kommunikasjonsporter vil være utilgjengelige under, å forberede nevnte datapakke for sending så snart nevnte kommunikasjonsporter igjen er tilgjengelige, og å sende nevnte datapakke når nevnte en eller flere kommunikasjonsporter igjen er gjort tilgjengelige, ved et tidspunkt samsvarende med tidsstempelet i datapakken.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at trinnet med å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige ikke interfererer med noen pågående sending av pakker, men udyktiggjør enhver sending av nye pakker, og at tidsperioden hvorved sending er udyktiggjort, er større enn tidsperioden for å sende en pakke av maksimal størrelse.

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at trinnet med å gjøre kommunikasjonsportene utilgjengelige omfatter å sende på nevnte kommunikasjonsporter en dummy-pakke med et forhåndsbestemt mønster, trinnet med å generere en datapakke med et tidsstempel omfatter å detektere nevnte forhåndsbestemte mønster på nevnte en eller flere kommunikasjonsporter, å registrere tiden for den lokale klokken ved det tidspunkt nevnte mønster ble detektert, og å danne et tidsstempel lik den registrerte tid for den lokale klokken pluss den gjenværende tid for å sende resten av dummy-pakken pluss det minimalt tillatelige tidsgap mellom etterfølgende pakker, og trinnet med å sende datapakken omfatter å forberede pakken for sending etter fullføring av sendingen av dummy-pakken.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at trinnet med å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige omfatter å dyktiggjøre et opptattsignal som vil iverksette sending på kommunikasjonsportene så snart en hvilken som helst pågående sending eller mottak på den respektive port er fullført og vil fortsette i en forhåndsbestemt tidsperiode, og trinnet med å generere en datapakke med et tidsstempel omfatter å registrere tiden for den lokale klokken ved det tidspunkt opptattsignalet ble dyktiggjort eller ved det tidspunkt nevnte opptattsignal ble detektert på hvilke som helst eller alle kommunikasjonsporter, og å danne et tidsstempel lik den registrerte tid for den lokale klokken pluss den forhåndsbestemte tid pluss det minimalt tillatelige gap mellom etterfølgende pakker, idet nevnte forhåndsbestemte tid starter fra tiden den lokale klokken ble lest, og trinnet med å sende datapakkene omfatter å forberede pakken for sending etter avslutning av opptattsignalet.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at trinnet med å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige omfatter å dyktiggjøre et opptattsignal som vil begynne sending på kommunikasjonsportene så snart en hvilken som helst pågående sending eller mottak på den respektive port er fullført og vil fortsette i en forhåndsbestemt tidsperiode, og trinnet med å generere en datapakke med et tidsstempel omfatter å registrere tiden for den lokale klokken ved det tidspunkt opptattsignalet ble dyktiggjort eller ved det tidspunkt nevnte opptattsignal ble detektert på en kommunikasjonsport eller når opptattsignalet ble detekter på alle kommunikasjonsporter, og å danne et tidsstempel lik den registrerte tid for den lokale klokken pluss den forhåndsbestemte tid pluss det minimalt tillatelige gap mellom etterfølgende pakker, idet nevnte forhåndsbestemte tid starter fra tiden den lokale klokken ble lest, og trinnet med å sende datapakkene omfatter å forberede pakken for sending etter avslutning av opptattsignalet.

9. Tidsserver for å distribuere tidsinformasjonspakker på et datamaskinnettverk, omfattende en eller flere kommunikasjonsporter med utgangsbuffere for å sende tidsinformasjonspakker på nevnte datamaskinnettverk, og en lokal klokke, karakterisert ved at den videre omfatter midler for å gjøre nevnte kommunikasjonsporter som tidsinformasjonspakker skal sendes på, utilgjengelige for en hvilken som helst kommunikasjon som ikke allerede pågår, og midler for å lese en lokal tid fra den lokale klokken, å generere et tidsstempel lik tiden lest fra den lokale klokken pluss den gjenværende tiden kommunikasjonsporten vil være utilgjengelig under, å generere en tidsinformasjonspakke som inneholder nevnte tidsstempel, og å plassere nevnte tidsinformasjonspakke på utgangsbufferne for sending umiddelbart etter avslutning av tidsperioden under hvilken kommunikasjonsporten er utilgjengelig.

10. Tidsserver i samsvar med krav 9, karakterisert ved at den videre omfatter inngangsmidler for å motta tidssignaler fra en ytre klokke, og midler for å innstille den lokale klokken i henhold til nevnte tidssignaler.

11. Tidsserver i samsvar med krav 9, karakterisert ved at midlene for å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige for trafikk omfatter midler for å udyktiggjøre innkomsten av en hvilken som helst annen pakke enn nevnte tidsinformasjonspakke inn i utgangsbufferet, og at nevnte midler er satt til å opprettholde denne betingelsen for en tidsperiode som er minst lik den tiden det tar å sende en pakke av maksimal størrelse.

12. Tidsserver i samsvar med krav 9, karakterisert ved at midlene for å gjøre nevnte kommunikasjonsporter utilgjengelige for trafikk omfatter midler for å generere en dummy-pakke med et forhåndsbestemt mønster, midler for å plassere nevnte dummy-pakke i utgangsbufferet for en utgangsport som avventer sending, og midler for å overvåke kommunikasjonsporten for å detektere nevnte forhåndsbestemte mønster som en angivelse av at dummy-pakken er blitt sendt, og å avgi signal om dette til prosessormidlene, hvorved prosessormidlene basert på nevnte signal er i stand til å bestemme den tiden kommunikasjonsporten igjen vil bli tilgjengelig, basert på den tidsperiode det tar å fullføre sendingen av dummy-pakken etter deteksjon, pluss det minimalt tillatelige tidsgap mellom pakker.

13 Tidsserver i samsvar med krav 9, karakterisert ved at midlene for å gjøre kommunikasjonsportene utilgjengelige for trafikk omfatter midler som etter å ha blitt dyktiggjort vil generere et opptattsignal som skal sendes på kommunikasjonsportene så snart enhver pågående sending eller mottak på de respektive porter er fullført og vil fortsette i en forhåndsbestemt tidsperiode, og eventuelt midler for å detektere opptattsignalet på en hvilken som helst eller alle kommunikasjonsporter og å avgi signal om denne deteksjonen til prosessoren, hvorved prosessormidlene, basert på det tidspunkt da midlene for å generere et opptattsignal ble dyktiggjort, eller eventuelt ved det tidspunkt da de mottar et signal som angir at noen eller alle opptattsignaler er blitt detektert, er i stand til å bestemme tiden ved hvilken kommunikasjonsporten igjen vil bli tilgjengelig, basert på den tidsperiode opptattsignalene er satt til å fortsette pluss det minimale tillatelige tidsgap mellom pakker.

14. Tidsserver i samsvar med krav 9, karakterisert ved at den videre omfatter kollisjonsdeteksjonsmidler for å detektere kollisjoner mellom utgående og innkommende trafikk på kommunikasjonsportene.

15. Tidsserver i samsvar med et av kravene 9 til 14, karakterisert ved at den videre omfatter minnemidler som inneholder instruksjoner til prosessormidlene, og at nevnte instruksjoner sammen med prosessormidlene kan utgjøre helt eller delvis de ulike andre midlene i tidsserveren.