TWI669937B - 在非確定性網路上之網路裝置間傳輸資料之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種利用一多通道存取方法以在一非確定性網路(100)上的網路裝置(110、120、130)之間傳輸資料之方法,其中判斷一網路裝置是否可以利用該非確定性網路(100)是不可能的,其中該非確定性網路(100)係包括複數個網路裝置(110、120、130),其係包括以下步驟:將該複數個網路裝置(110、120、130)的個別的網路裝置的時脈彼此同步化,將可供利用於傳輸該資料的時間劃分成為時槽,指派個別對的連續的時槽至該複數個網路裝置(110、120、130)的個別的網路裝置,其中一個別的網路裝置(110、120、130)係只有在被指派給其的個別對的時槽期間傳輸資料,以及評估該複數個網路裝置(110、120、130)的一網路裝置是否應該將已經在一對時槽的一第一時槽期間傳輸的資料,在該對時槽的第二時槽內重新傳送。
Description
本發明係有關於一種在一非確定性網路上的網路裝置之間傳輸資料之方法。
IEEE 802.11是一種用於無線網路的標準,其已經被使用超過十年,並且已經創造出一用於在一無線介面上傳輸寬頻資料的功能。儘管第一代(IEEE 802.11b)只有有限的資料處理量,但是最近的升級至IEEE 802.11n已經顯著地增大此數目。在增添多個串流(多個輸入多個輸出,MiMo)下,資料處理量已經增大至600Mbps,而且在未來將會持續增加。
IEEE 802.11的第一個版本已經給予乙太網路能夠具有一無線延伸的機會,並且亦能夠在該802.11 PHY/MAC(實體層/媒體存取控制)之上執行所有在乙太網路實體層之上所執行的協定(例如,IP、TCP/IP以及UDP/IP)。
對於(有線的)乙太網路而言,有各種的協定來傳輸媒體資料,特別是在一低的延遲下(例如,CobraNet、Dante、Ravenna、AVB、Livewire)。這些協定的全部都在延遲、封包速率以及頻寬上具有特定的要求。
該802.11 MAC(媒體存取控制)的關鍵特徵中之一是其利用
一種所謂的具有碰撞避免的載波偵測多重存取(CSMA/CA)的通道存取機制。大量的網路裝置可以連接至相同的傳輸媒體,以在其上傳輸並且共享其容量。此機制係在實際的資料傳輸中造成非確定性。因此,那些種類的網路係被稱為非確定性網路。除了無線網路之外,此種非確定性網路的其它例子是匯流排網路、環狀網路、星狀網路或是半雙工點對點的鏈路。
在此大量的網路裝置共用非確定性網路下,判斷一網路裝置是否可以利用該媒體是不可能的。再者,預測一網路裝置是否能夠在非確定性網路上傳輸資料是困難的、或者甚至可能是不可能的。若一媒體資料(媒體資料封包)被傳送至網路介面,則實際的傳輸可能會根據該非確定性的媒體被偵測為忙碌與否而被延遲。
傳統的媒體/資料串流應用係藉由加入(大的)資料緩衝器來處理此非確定性,並且只有在該緩衝器被填滿時才開始播放。然而,此係對於該媒體/資料串流增加大量的延遲(通常在1s或是更長的範圍內)。再者,這些已知的實施方式是針對於有線的網路所設計的,因而通常是不與非確定性網路相容的。因為此非確定性的關係,在一非確定性網路上利用一像是CSMA的MAC(像是例如802.11)來傳送上述低延遲的協定並且達成良好的效能是不切實際的。
因此,本發明的任務是提供一種在一非確定性網路上傳輸資料,尤其是低延遲的媒體資料,並且達成良好的效能及低延遲之方法。
根據本發明,一種利用獨立項申請專利範圍第1項的特點的在一非確定性網路上的網路裝置之間傳輸資料之方法係被建議。
非確定性網路尤其是利用一(多個)通道存取方法的網路,亦即其中判斷一網路裝置利用該非確定性網路所需的時間是不可能的網路。尤其,判斷一網路裝置是否可以利用該非確定性的網路是不可能的。再者,確定地判斷一網路裝置是否可以在該非確定性網路(可變的、不可預測的延遲)上傳輸資料是不可能的。根據本發明的方法係包括三個階段:一同步化階段、一排程(scheduling)階段、以及一重新傳送階段。
在該同步化階段中,在該非確定性網路中的網路裝置係加以同步化。尤其,一第一網路裝置的一第一時脈以及一第二網路裝置的一第二時脈係加以同步化。以此種方式,在複數個網路裝置內之所有的網路裝置都具有相同的時間概念,並且因此具有一利用來操作之共同的時間基礎。此同步化較佳的是藉由一精確時間協定(PTP)來加以達成。
在每一個網路裝置的時脈都被同步化之下,該排程階段可加以執行。其中資料可加以傳輸的時間,尤其是可供利用的時間係被劃分成時槽。該些時槽係分別被指派給該些網路裝置。該些時槽係被劃分為成對的連續的時槽。該些對時槽係被指派給該些網路裝置。因此,總是成對的連續的時槽係被指派給該些網路裝置。
該些個別的網路裝置只被容許在其分別被指派的成對的時槽期間才能傳輸資料。尤其,該非確定性網路的一主控(master)(例如一站點(station)控制器)係指派成對的時槽給該些網路裝置。
由於該些網路裝置的時脈的同步化,因而此排程是可行的。由於所有的網路裝置之共同的時間基礎,一用於所有的網路裝置之有拘束力的時程表可加以設定,所有的網路裝置係能夠遵守該時程表。以此種方
式,一種時分多工(TDM)可加以界定。因此,該些網路裝置的資料傳輸可加以排程。以此種方式,避免在該非確定性網路中的自我干擾是可能的。
較佳的是,該些時槽係以在該時槽的開始處之一固定的時槽偏移(offset)而被指派給該些個別的網路裝置。因此,在該時槽的開始與該資料及/或資料封包的開始之間有一固定的時槽偏移。以此種方式,在連續的時槽中的不同的網路裝置的資料及/或資料封包之間的碰撞係加以避免。
該些個別對的時槽較佳的是根據待被傳輸的資料的一延遲而被指派給該些個別的網路裝置。以此種方式,依此傳輸具有低延遲的資料係加以達成。
替代或額外的是,該些個別對的時槽係特別根據目前將藉由該些網路裝置傳輸的資料(量)而被指派給該些網路裝置。該些個別對的時槽係被指派給必須傳輸資料的網路裝置。尤其,該些必須傳輸資料的網路裝置可以做出一適當的宣告給該主控。根據這些宣告,該主控係指派該些時槽。
該些對的時槽亦可以事前被指派。尤其,該些對的時槽可以連續地被指派給該些網路裝置,亦即該些個別的網路裝置係被容許以一固定的順序並且以固定的時間間隔來傳輸資料。該些個別對的時槽亦可以根據該些個別的網路裝置的優先權而被指派給該些網路裝置。此表示傳輸具有一較高優先權的資料之具有一較高優先權的網路裝置是更頻繁地被指派有成對的時槽。因此,該些具有較高優先權的網路裝置係被容許比具有較低優先權的網路裝置更頻繁地傳輸資料。該些對的時槽亦可以根據該些網路裝置的活動而被指派給該些網路裝置。此係表示更多對的時槽係被指派
給較活躍的網路裝置,其係比較不活躍的網路裝置傳輸更多資料。
該重新傳送階段係解決一網路裝置重新傳送資料的情形。尤其,該資料係被編譯在資料封包中。該網路裝置係在被指派的一對時槽的一第一時槽期間傳輸該資料/資料封包。之後,其係被評估該網路裝置是否應該在該對時槽的第二時槽內重新傳送已經在該對時槽的的第一時槽期間傳輸的資料/資料封包。若其被評估為該網路裝置應該重新傳送該資料/資料封包,則該網路裝置係在該對時槽的第二時槽內重新傳送該資料/資料封包。
根據本發明,每當可行時,一網路裝置係傳輸資料兩次。其係被評估其是否合理,並且重新傳送該資料是否為合理的。如果情況是那樣的話,則該網路裝置係在該對時槽的第二時槽中重新傳送該資料。因此,資料/資料封包大致係藉由一網路裝置傳輸兩次。以此種方式,可以特別保證資料係在對應的接收者之處被接收到。若在該對時槽的該第一時槽內的傳輸並未在對應的接收者之處被接收到、或是接收到有缺陷的,則(幾乎)確定的是在該對時槽的該第二時槽內的傳輸係被接收到。
像是例如該IEEE 802.11標準(尤其是該IEEE 802.11 MAC標準)的習知技術解決方案係提供應答信號(ACK)以及重新傳送。應答信號(ACK)係確認收到該資料。資料係被再次傳輸,直到一應答信號被接收到為止。這些應答信號及重新傳送係造成額外的串流量,並且損害該非確定性網路的資料傳輸。這些問題係藉由本發明來加以克服。
根據本發明,被指派給一網路裝置的該對時槽的該第一時槽係被保留用於傳輸該資料一次。被指派給一網路裝置的該對時槽的該第二時槽係被保留用於第二次傳輸該資料。因此,應答信號並不必被施加。再
者,資料的重新傳送係被配置及控制。
尤其,其係被評估在目前對的時槽的其餘時間期間重新傳送該資料是否合理、或者是否可行的。若其係被評估為不重新傳送該資料,則失去該資料。該資料接著可以在被指派給該對應的網路裝置的下一對的時槽中再次被傳輸。此評估以及該重新傳送階段係特別藉由利用一前向錯誤校正(FEC)及/或一封包損失隱藏(PLC)來加以執行。
本發明係避免在該非確定性的網路中的自我干擾並且降低串流量。當一網路裝置在該非確定性的網路上傳輸資料時,此資料傳送將不會受到干擾或是延遲。該非確定性網路不會是過於忙碌或是過載的,因為只有指派的網路裝置才被容許在任何給定的時間傳輸資料。再者,根據本發明的在該非確定性的網路中的資料傳送是確定性的。其係避免資料傳送不可預知地被延遲、取消或是干擾。資料傳送可以在一良好的效能以及一低延遲下加以執行。利用本發明下,該資料可以在該非確定性的媒體上利用像是CSMA之確立的標準(像是例如802.11)來加以傳輸,但是一良好的效能以及一低的延遲仍然可被達成。
較佳的是,媒體資料係在該非確定性網路上加以傳輸。替代或是額外地,具有低延遲的資料較佳的是在該非確定性網路上加以傳輸。在達成良好的效能以及低延遲的可能性之下,根據本發明的方法對於具有低延遲的媒體資料及/或資料而言尤其是便利的。該非確定性網路特別是一媒體網路的部分。該些網路裝置係特別被設計成多媒體裝置,像是例如電視裝置或媒體播放器。本發明對於在該非確定性網路上的像是音訊及/或視訊資料的串流媒體資料而言尤其是便利的。
較佳的是,在該重新傳送階段中的評估係根據該資料的存活時間(TTL)來加以執行。該存活時間係界定其中傳輸資料是合理的一時間或是時間間隔。當該存活時間已經過去,該資料係被拋棄。其係特別評估該存活時間是否大於該資料/資料封包的一封包持續期間。若是此種情況的話,則該資料係在該對的時槽的該第二時槽內被再次傳輸。尤其,若剩餘的存活時間小於該封包持續期間,則判斷出的是該資料不應被再次傳輸。
一網路裝置係包括至少一時脈,尤其是至少兩個時脈。尤其,一從屬(slave)的一時脈是一CPU時脈,亦即對應的網路裝置的一主控時脈。尤其,一從屬的另一時脈是一資料時脈,尤其是一時間敏感的資料時脈。此資料時脈係特別用於在該非確定性網路上的資料傳輸。
該些網路裝置在該同步化階段中的同步化可以藉由許多適當的方法來加以達成。在以下,該非確定性網路的一第一網路裝置係被視為一主控,並且該非確定性網路的一第二網路裝置係被視為從屬。該從屬的一時脈,尤其是該從屬的一資料時脈係被調整,以便於將該從屬的此時脈(被稱為從屬時脈)調適成該主控的一時脈(被稱為主控時脈)。
為了同步化兩個時脈,兩個值或參數是具有特殊的重要性:該偏移以及漂移(drift)。該偏移是在兩個時脈之間的一瞬間的差異。該漂移是此偏移隨著時間過去的增加。該偏移通常亦考量到一延遲時間(亦被稱為傳輸延遲時間或是傳送延遲時間)。此延遲時間是在該主控與該從屬之間、以及在該從屬與該主控之間傳輸資料所花費的時間。偏移及漂移必須是零,以便讓時脈鎖定(lock)。尤其,一從屬時脈的偏移及漂移係被調整至零,以便於同步化此從屬時脈與一主控時脈。
在某些已知的實施方式中,該漂移係被用來補償該偏移,並且產生一控制迴路。此控制迴路的一收斂時間係依據包含該延遲時間之絕對偏移而定。通常,需要一段特定時間以到達該鎖定狀態,亦即漂移直到該從屬時脈的偏移是零為止的時間。若該偏移是大的,則最初的漂移會花費一段長的時間。因此,在兩個時脈被同步化之前可能會花費一段長的時間。
一種經常使用的解決方案是該從屬的系統時脈的硬式調整。然而,此可能會對於時脈造成(穩定性)影響,其係從此系統時脈所衍生出。再者,該系統時脈的使用係潛在地帶來非所要的特性,例如所有導出的時脈(亦被稱為週邊裝置)將會有一"可變的"頻率,而不是只有需要同步化的時脈而已。
根據一種在非確定性網路中同步化時脈之較佳的方法,一種確定性的方式係被使用,而不是一種適應性的方式。在此確定性的方式的過程中,該些時脈係特別以一種步階為主的方式而被同步化。該漂移以及偏移係直接被判斷出,並且明確地加以補償。以此種方式,該些時脈的同步化可以在一段短時間內非常快速的達成。同步化特別是藉由交換適當的資料,尤其是適當的訊息及/或請求來加以達成。此資料尤其是以資料封包的形式,亦即適當的同步化封包來加以交換。
尤其,該從屬時脈係與在該非確定性的網路中的任何其它時脈解耦(decoupled)。因此,所有的網路裝置的所有的時脈都與彼此解耦。尤其,單一網路裝置的每一個時脈係與該網路裝置的所有其它的時脈解耦,並且與任何其它網路裝置的任何其它時脈解耦。因此,該從屬的與該主控
時脈同步的從屬時脈係與在該非確定性網路中的任何其它網路裝置的任何其它時脈獨立而且分開地來加以調整。
尤其,被同步的從屬時脈係分別與該從屬的系統時脈或是本地的時脈解耦,特別是與該從屬的CPU時脈解耦。因此,該從屬的本地/系統時脈並未在此方法的過程中被調整,因而並不需要加以調適來同步化該從屬時脈與主控時脈。此係給予該從屬的系統以及從該本地/系統時脈導出的其它時脈更多穩定性。該些時脈的此種去耦係提供許多的優點及可能性。因此,可以對於該資料時脈做成平順的調整。具有多個不同速率的資料時脈也是可能的。尤其,被同步的從屬時脈是一時間敏感的資料時脈。
尤其,每日時間(TOD)係被使用作為該主控時脈的一絕對時間。該每日時間係包含年、月、日、小時、分鐘、秒、以及奈秒的資訊。利用該每日時間下,時間敏感的資料亦可以在不同的非確定性網路之間加以傳輸。
在該步階為主的方式的一第一步驟,亦即一分析步驟中,該兩個時脈的一漂移係被判斷出。在一第二步驟,亦即一漂移補償步驟中,該漂移係藉由依此調整該從屬時脈來加以補償。在該漂移被補償下,該從屬時脈以及主控時脈是在一穩定的情況中。
尤其,此漂移補償係在該從屬時脈的單一更新中加以達成。藉由此更新,該從屬時脈係被強迫進入該穩定的情況。為了此更新,在一控制信號與一時脈偏差之間的一關係必須是已知的。此控制信號尤其是該從屬時脈特別藉由該時脈偏差而被調整所利用的一信號。在此更新之後,該主控時脈以及從屬時脈是在一穩定的情況中,並且因此在這兩個時脈之
間並沒有漂移。但是,在該兩個時脈之間的一(最初的)偏移通常會存在。
在一第三步驟,亦即一偏移校正步驟中,該偏移係被判斷出並且加以補償。尤其,該(傳輸)延遲時間亦在此第二偏移校正步驟中被補償。尤其,該延遲時間並不必明確地被判斷出,而是和該偏移一起自動地被補償。
尤其,該漂移以及偏移係如下被判斷出:該主控係在一第一傳輸時間傳輸一第一同步化訊息。該從屬係在一第一接收時間接收該第一同步化訊息。該主控係在一第二傳輸時間傳送一第二同步化訊息。該從屬係在一第二接收時間接收該第二同步化訊息。在該主控時脈以及從屬時脈之間的漂移係考量該第一及第二接收時間以及該第一及第二傳輸時間而被判斷出。該被判斷出的漂移係接著加以補償。
在該從屬時脈與該主控時脈之間的偏移係特別藉由一延遲/響應請求而被判斷出。該主控係在一第三傳輸時間傳輸一第三同步化訊息,並且該從屬係在一第三接收時間接收該第三同步化訊息。之後,該從屬係在一第四傳輸時間傳輸一延遲請求,並且該主控係在一第四接收時間接收該延遲請求。該偏移係特別藉由該第三接收時間、第三傳輸時間、第四傳輸時間以及第四接收時間而被判斷出。該偏移係接著加以補償。
此種在非確定性網路中同步化時脈之較佳的方法是特別便於經由該非確定性網路傳輸例如是媒體資料的時間敏感的資料。例如,時間敏感的資料可以從該第二網路裝置傳輸至一第三網路裝置。該第三網路裝置係用和該第二網路裝置相同的方式,與該第一網路裝置,亦即該主控同步的。以此種方式,該第二及第三網路裝置的時脈也加以同步化。因此,
與該主控時脈同步的從屬時脈特別是一時間敏感的資料時脈。該主控時脈、或是一般而言的主控特別是一時間敏感的資料主控時脈裝置。
時間敏感的資料可以是串流資料或串流媒體,其係在一娛樂系統的非確定性網路中被傳輸。時間敏感的資料亦可以是事件驅動的資料,例如是量測或表決的資料。此種資料例如可以經由一非確定性網路而被傳輸在電子控制單元(ECU)之間。
100‧‧‧非確定性網路(無線網路)
101‧‧‧無線鏈路
110、120、130‧‧‧網路裝置
150‧‧‧主控
210、220、230、240‧‧‧步驟
250‧‧‧標籤
310、320、330、340‧‧‧步驟
341、342‧‧‧標籤
350、360‧‧‧步驟
本發明現在將會參考所附的圖式,藉由舉例來加以進一步描述,其中圖1係概要地展示一非確定性網路,其係被設計以執行根據本發明的一種方法的一較佳實施例,圖2係概要地展示根據本發明的一種方法的一較佳實施例為一流程圖,以及圖3係概要地展示根據本發明的一種方法的一較佳實施例為一流程圖。
在圖1中,一被設計以執行根據本發明的一種方法的一較佳實施例之非確定性網路,尤其是一無線網路係概要地被描繪並且標示為100。
該無線網路100係包括複數個網路裝置。三個網路裝置110、120及130係在圖1中作為範例地加以描繪。該些網路裝置110、120、130係藉由一被指明為101的無線鏈路來和彼此連接。
該些網路裝置110、120、130係被視為從屬。一主控150係
構成另一網路裝置,其係控制該無線網路100。該主控150例如是被設計為該無線網路100的一站點控制器。該主控150特別是控制在該無線網路100上的網路裝置110、120、130之間的資料傳送。
該無線網路100係特別被設計為一媒體網路。該些個別的網路裝置110、120、130係特別被設計為媒體裝置,例如是電視裝置、媒體播放器、及/或高傳真設備。該些網路裝置110、120、130係在該無線網路100上交換資料,尤其是具有低延遲的媒體資料。為了協調此資料交換,該主控150係特別被設計以執行根據本發明的一種方法的一較佳實施例。
根據本發明的方法的此較佳實施例係在圖2中被概要地描繪為一流程圖。
在步驟210中,該主控150係在一同步化階段期間同步化該些個別的網路裝置110、120及130的時脈。藉由該主控150的一時脈所散布的時間是一絕對時間。該些網路裝置110、120及130的時脈係被調整以鎖定到該主控150的時脈。尤其,該主控150以及該些網路裝置110、120及130係交換適當的同步化資料,例如是同步化訊息以及延遲請求及延遲響應。
在該些網路裝置110、120、130以及該主控150的時脈同步化之下,該主控係在步驟220中執行一排程階段。
該主控係將可供利用於在該無線網路100中的資料傳輸之時間劃分成為時槽。再者,該主控150係將個別對的連續的時槽指派給該些個別的網路裝置110、120、130。該些網路裝置110、120、130只在其所指派的個別對的時槽期間傳輸資料。
在步驟230中,某一對時槽係開始。在步驟240中,在此對時槽期間,該對應的網路裝置(例如110)係在該無線網路100上傳輸資料至一接收實體(例如一媒體接收器裝置)。由標籤250所指出的,在此對時槽之後,連續對的時槽係開始,並且對應的網路裝置(例如120)係在該無線網路100上傳輸資料。
在圖3中,根據步驟240的傳輸資料的過程係被詳細且示意地描繪為一流程圖。
在步驟310中,一對時槽的一第一時槽係開始。一有關於特定的資料及/或一特定的資料封包之封包觸發係被起動/觸發。因此,對應的網路裝置(例如110)係在步驟320中傳輸此特定的資料/資料封包。在步驟330中,此特定的資料/資料封包的傳輸係完成,並且該對時槽的第一時槽係結束。
在步驟340中,其係被評估該網路裝置110是否應該在目前對的時槽的一第二時槽中重新傳送該特定的資料/資料封包。
在步驟340中,其係被評估該封包持續期間是否小於該特定資料/資料封包的存活時間(TTL)。
若是此種情況的話(標籤341),則該特定的資料/資料封包係在步驟350中,在該對時槽的該第二時槽中被再次傳輸。若不是此種情況的話(標籤342),則步驟360係被執行。步驟360亦在步驟350中的該特定的資料/資料封包的重新傳送之後被執行。
在步驟360中,該網路裝置110係等待直到另一有關於資料及/或資料封包的封包觸發被起動/觸發為止。接著,該網路裝置110再次開
始於步驟310。步驟310至360係被執行,直到網路裝置110的時槽結束為止。
Claims (6)
- 一種利用一多通道存取方法以在一非確定性網路(100)上的網路裝置(110、120、130)之間傳輸資料之方法,其中該非確定性網路(100)係包括複數個網路裝置(110、120、130),其係包括以下步驟:將該複數個網路裝置(110、120、130)的個別的網路裝置的時脈彼此同步化(210),將可供利用於傳輸該資料的時間劃分成為時槽(220),指派個別對的連續的時槽至該複數個網路裝置(110、120、130)的個別的網路裝置,其中一個別的網路裝置(110、120、130)係只有在被指派給其的個別對的時槽期間傳輸資料,以及評估該複數個網路裝置(110、120、130)的一網路裝置是否應該將已經在一對時槽的一第一時槽期間傳輸的資料,在該對時槽的第二時槽內重新傳送(340)。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中媒體資料係在該非確定性的網路(100)上被傳輸在網路裝置(110、120、130)之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之方法,其中具有低延遲的資料係在該非確定性的無線網路(100)上被傳輸在該些網路裝置(110、120、130)之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之方法,其中該評估係根據待被傳輸的資料的一存活時間(TTL)來加以執行。
- 如申請專利範圍第1或2項之方法,其中該些時槽係在每一個時槽的開始的一固定的偏移下,被指派給該些網路裝置(110、120、130)。
- 如申請專利範圍第1或2項之方法, 其中該複數個網路裝置(110、120、130)的一第一網路裝置的一第一時脈應該與該複數個網路裝置(110、120、130)的一第二網路裝置的一第二時脈同步化(210),其中該第一網路裝置的該第一時脈以及該第二網路裝置的該第二時脈能夠相差一偏移,並且該偏移能夠由於一漂移而隨著時間改變,其中同步化該第一網路裝置的該第一時脈與該第二網路裝置的該第二時脈(210)係包括以下步驟:在一第一步驟中判斷在該第一網路裝置的該第一時脈以及該第二網路裝置的該第二時脈之間的該漂移,在一第二步驟中補償在該第一網路裝置的該第一時脈以及該第二網路裝置的該第二時脈之間的該被判斷出的漂移,以及在一第三步驟中判斷及補償在該第一網路裝置的該第一時脈以及該第二網路裝置的該第二時脈之間的該偏移。
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