WO2005006620A1 - Arrangement and method for synchronizing packet-oriented linked communication components - Google Patents

Arrangement and method for synchronizing packet-oriented linked communication components Download PDF

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WO2005006620A1 PCT/EP2004/050986 EP2004050986W WO2005006620A1 WO 2005006620 A1 WO2005006620 A1 WO 2005006620A1 EP 2004050986 W EP2004050986 W EP 2004050986W WO 2005006620 A1 WO2005006620 A1 WO 2005006620A1
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synchronization
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Definitions

  • the measuring circuit MS is connected to a reference signal module REF which is connected to the packet-oriented network LAN via a network module (not shown) of the gateway device GW.
  • the reference signal module REF is connected to the packet-oriented network LAN via a network module (not shown) of the gateway GW and via a clock generation unit CLG.
  • the clock generation unit CLG takes from the
  • the communication device PBX sends a synchronization message SYNCMSG to the clock generation unit CLG.
  • the synchronization message SYNCMSG is also known in the specialist world with the mnemonic expression "SyncMessage”.
  • the communication device PBX acting as a so-called "master clock”, determines the current local system time as the transmission time tO and stores the associated value.
  • the delay request message DELREQMSG arrives at the communication device PBX, which registers the precise reception time t2 'and stores the value.
  • the deviation between the local time value and the master time value received as a value is calculated from the time stamps - also known as "timestamps" in the technical field - and transferred to the first control unit CRT1 as a controlled variable.
  • the pulse-shaped signal at the output of the first counting unit has, for example - cf. Drawing - a period of 12 seconds, whereby the rising edge of a pulse coincides with the arrival of a time stamp via the packet-oriented network LAN.
  • the pulse-shaped signal of the first counter CNT1 is fed to a "start" input STR of the second counter CNT2.
  • a phase and clock synchronism of a common reference clock signal generated by the communication device is achieved over the entire communication system CSY, measures such as the evaluation of satellite signals being advantageously dispensed with for this purpose. Since the reference clock signal generated by the communication device PBX is valid for the entire communication system CSY, a common, clock-synchronized and phase-synchronous reference clock signal can now also be guaranteed in the event of a node-wide handover HO-B.
  • the required bit, frame and multi-frame synchronization of the DECT air interfaces at the respective base stations BS1, BS2, BS3, BS4 can be derived coherently and independently of one another.

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Abstract

The invention relates to an arrangement and a method for synchronizing packet-oriented linked communication components, in which a reference clock source is provided in the central unit of a communication system that is connected via a packet-oriented network and comprises said central unit and several decentralized units, said reference clock source controlling a transmission unit for transmitting data packets having a reserved format to the decentralized units. The data packets having a reserved format are received in the decentralized units, and the reference clock is recovered therefrom, clock synchronization and/or phase synchronization of the reference clock being performed in an evaluation unit by means of an internally generated clock signal.

Description

Beschreibungdescription
Anordnung und Verfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen KommunikationskomponentenArrangement and method for the synchronization of packet-oriented connected communication components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Synchronisierung von an ein paketorientiertes Kommunikationssystem angebundenen Kommunikationskomponenten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method and an arrangement for synchronizing communication components connected to a packet-oriented communication system according to the preamble of patent claim 1.
Die Erfindung betrifft im speziellen eine Synchronisation in einem zumindest in Teilbereichen als Funkteilnehmeranschluss- netz ausgebildeten Kommunikationssystem- das eine zentrale der Steuerung des KommunikationsSystems dienende Einheit, zu- mindest eine dezentrale konzentrierende Einheit, sowie eine Mehrzahl an diese dezentralen Einheiten angeschlossenen Basisstationen aufweist. Zwischen diesen Basisstationen sowie zwischen einer jeweiligen Basisstation und einem jeweiligen drahtlosen Kommunikationsendgerät findet eine Funkübertra- gung, d.h. eine bidirektionale drahtlose Übermittlung von Signalisierungs- und Nutzdaten statt.In particular, the invention relates to a synchronization in a communication system, at least in some areas designed as a radio subscriber connection network, which has a central unit serving to control the communication system, at least one decentralized concentrating unit, and a plurality of base stations connected to these decentralized units. A radio transmission takes place between these base stations and between a respective base station and a respective wireless communication terminal, i.e. a bidirectional wireless transmission of signaling and user data instead.
Die zentrale der Steuerung des KommunikationsSystems dienende Einheit wird im folgenden als Kommunikationseinrichtung be- zeichnet. Diese Kommunikationseinrichtung ist mit den dezentralen Einheiten - in der Fachwelt auch "Access Points" genannt - über ein paketorientiertes Netzwerk verbunden. Zwischen der Kommunikationseinriσhtung und den dezentralen Einheiten findet ein Austausch von Signalisierungs- und Nutzda- ten demzufolge in einem paketorientierten Format, beispielsweise unter Anwendung des auch als "Internet Protocol" - abkürzend auch "IP" - bezeichneten Kommunikationsprotokolls stat .The central unit serving to control the communication system is referred to below as the communication device. This communication device is connected to the decentralized units - also known as "access points" in the technical field - via a packet-oriented network. Accordingly, an exchange of signaling and user data takes place between the communication device and the decentralized units in a packet-oriented format, for example using the communication protocol stat also referred to as "Internet Protocol" - also abbreviated to "IP".
In modernen KommunikationsSystemen wird verstärkt dazu übergegangen, kontinuierliche Datenströme, z.B. zur Sprach- oder Videokommunikation sowie Daten zur Steuerung und Kontrolle von Kommunikationsverbindungen über paketorientierte Netzwerke zu übermitteln. Auf dieser Technik basiert beispielsweise die so genannte Internettelephonie, die häufig auch als "Voi- ce over Internet Protocol" (VoIP) bezeichnet wird. Zu den paketorientierten Netzwerken zählen bekanntermaßen LANs (Local Area Network) , MANs (Metropolitan Area Network) , ANs (Wide Area Network) oder auch das so genannte Internet, das einen weltweiten Zugriff auf paketorientiert übertragene Daten ermöglicht.Modern communication systems are increasingly adopting continuous data streams, for example for voice or video communication, and data for control and monitoring to transmit communication links over packet-oriented networks. Internet telephony, for example, is based on this technology and is often also referred to as "Voice over Internet Protocol" (VoIP). As is well known, packet-oriented networks include LANs (Local Area Network), MANs (Metropolitan Area Network), ANs (Wide Area Network) or the so-called Internet, which enables worldwide access to packet-oriented data.
Bei einem beispielsweise gemäß dem bekannten DECT-Standard (Digital European Cordless Telecommunication) ausgestalteten Funkteilnehmeranschlussnetz wird üblicherweise eine multizellulare Struktur angewandt. Dies bedeutet, dass jede der Ba- sisstationen ein Zentrum einer eigenen Funkzelle bildet, wobei die Ausdehnung dieser Funkzellen und die räumliche Anordnung der Basisstationen so gewählt ist, dass ein Gesamtbereich zumindest nahezu lückenlos abgedeckt wird.In a radio subscriber access network designed, for example, according to the known DECT standard (Digital European Cordless Telecommunication), a multicellular structure is usually used. This means that each of the base stations forms a center of its own radio cell, the extension of these radio cells and the spatial arrangement of the base stations being selected such that an entire area is covered at least almost completely.
Wenn die einzelnen Basisstationen nicht synchron arbeiten, kommt es an den Grenzen der Funkzellen, an denen Überschneidungen unvermeidlich sind, zu Interferenzen mit der Folge, dass die spektrale Effizienz - d.h. die Möglichkeit der Mehrfachausnutzung ein und derselben Frequenz - für verschiedene Verbindungen reduziert wird. Es besteht also ein besonderes Interesse an einer Synchronisierung des Betriebs der Basisstationen.If the individual base stations do not work synchronously, interference occurs at the borders of the radio cells where overlaps are unavoidable, with the result that the spectral efficiency - i.e. the possibility of multiple use of one and the same frequency - is reduced for different connections. There is therefore a particular interest in synchronizing the operation of the base stations.
Gemäß dem DECT-Standard ist ferner vorgesehen, dass durch die mit den Basisstationen in Funkverbindung stehenden drahtlosen Kommunikationsendgeräte während einer bestehenden Verbindung ständig die Qualität des benutzten Funkkanals und zusätzlich die Qualität aller anderen freien Funkkanäle überprüft werden. In Fällen, in denen einer der übrigen freien Kanäle eine bessere Qualität als der im Moment benutzte Kanal aufweist, wird unter Beteiligung der aktuellen Basisstation ein Kanalwechsel veranlasst, der für den Bediener des drahtlosen Kom munikationsendgeräts möglichst unbemerkt vonstatten gehen soll.According to the DECT standard, it is further provided that the quality of the radio channel used and, in addition, the quality of all other free radio channels are continuously checked by the wireless communication terminals in radio communication with the base stations during an existing connection. In cases in which one of the remaining free channels has a better quality than the channel currently being used, a channel change is initiated with the participation of the current base station, which is suitable for the operator of the wireless comm communication terminal device should go as unnoticed as possible.
Ein solcher in der Fachwelt auch mit "Handover" bezeichneter Kanalwechsel kann auch in der Weise stattfinden, dass ein Kanalwechsel von einem Kanal der Funkzelle einer ersten Basisstation zu einem Kanal der Funkzelle einer benachbarten Basisstation stattfindet. Auch im Hinblick auf einen unterbrechungsfreien Übergang in diesem Fall uss vorausgesetzt wer- den, dass die Basisstationen zeitsynchron arbeiten.Such a channel change, also referred to as "handover" in the technical field, can also take place in such a way that a channel change takes place from a channel of the radio cell of a first base station to a channel of the radio cell of an adjacent base station. With regard to an uninterrupted transition in this case, it must also be assumed that the base stations work synchronously.
Aus der Druckschrift EP 0755132 Bl ist ein Verfahren für einen Synchronbetrieb in einem Funkteilnehmeranschlussnetz bekannt, bei dem von Bezugssignalen Gebrauch gemacht wird, die durch Satelliten eines FunkortungsSystems - im konkreten Fall des sogenannten GPS-Systems (Global Positioning System) - ausgestrahlt werden, indem in den dezentralen Einheiten entsprechende Empfänger angeordnet werden, die aus diesen Bezugssignalen Zeitsignale für die Zeitmultiplex-Funkrahmen der Basisstation ableiten und diese über eine jeweilige Schnittstelle an die Basisstationen senden.From document EP 0755132 B1 a method for synchronous operation in a radio subscriber access network is known, in which use is made of reference signals which are emitted by satellites of a radio location system - in the specific case of the so-called GPS system (Global Positioning System), in that the decentralized units corresponding receivers are arranged, which derive time signals for the time-division multiplex radio frames of the base station from these reference signals and send them to the base stations via a respective interface.
Die Ausgestaltung jeder dezentralen Einheit mit einem Funkortungssystemempfänger ist eine kosten- und wartungsintensive Maßnahme.The design of each decentralized unit with a radio location system receiver is a cost-intensive and maintenance-intensive measure.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel anzugeben, die eine effiziente Synchronisierung von an ein paketorientiertes Kommunikationssystem angebundenen Kommunikationskomponenten ermög- liehen, wobei aufwändige, aus dem Stand der Technik bekannte Mittel vermeidbar werden.It is an object of the invention to provide means which enable efficient synchronization of communication components connected to a packet-oriented communication system, with elaborate means known from the prior art being avoidable.
Eine Lösung der Aufgabe erfolgt hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspekts durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Pa- tentanspruchs 1 und hinsichtlich ihres Verfahrensaspekts durch eine Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Erfindungsgemäß ist in einem über ein paketorientiertes Netzwerk verbundenen, aus einer zentralen Einheit sowie mehreren dezentralen Einheiten bestehenden Kommunikationssystem eine in der zentralen Einheit vorgesehene Referenztaktquelle vorgesehen, die eine Sendeeinheit zur Übermittlung von ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete an die dezentralen Einheiten steuert. In den dezentralen Einheiten werden diese ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete empfangen und aus diesen der Referenztakt zurückgewonnen, wobei in einer Auswerteeinrichtung eine Synchronisation des Referenztakts mit einem intern erzeugten Taktsignal erfolgt.The object is achieved in terms of its device aspect by an arrangement with the features of patent claim 1 and in terms of its method aspect by a method with the features of patent claim 11. According to the invention, a reference clock source provided in the central unit is provided in a communication system which is connected via a packet-oriented network and consists of a central unit and a plurality of decentralized units and which controls a transmission unit for transmitting data packets having a reserved format to the decentralized units. These data packets, which have a reserved format, are received in the decentralized units and the reference clock is recovered therefrom, the reference clock being synchronized with an internally generated clock signal in an evaluation device.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, mit den erfindungsgemäßen Mitteln weitereAn essential advantage of the method according to the invention is to be seen in the fact that the inventive method has more
Vorrichtungen wie beispielsweise Satellitenempfänger zur Ermittlung eines synchronen Taktsignals entfallen können.Devices such as satellite receivers for determining a synchronous clock signal can be omitted.
Vorteilig ist weiterhin, dass der Referenztakt durch die - ohnehin zur Steuerung des Kommunikationssystems vorgesehene - zentrale Einheit definiert wird.It is also advantageous that the reference clock is defined by the central unit, which is provided for controlling the communication system anyway.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment with further advantages and refinements of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines;1: a structural diagram for the schematic representation of a;
Fig. 2: ein Strukturbild zur schematischen Detaildarstel- lung von Funktionskomponenten einer Gatewayeinrichtung; und Fig. 3: ein chronologisches Ablaufbild zur schematisehen Darstellung eines Synchronisationsnachrichtenaustauschs .2: a structural diagram for the schematic detailed representation of functional components of a gateway device; and 3: a chronological flow chart for the schematic representation of a synchronization message exchange.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems CSY. Das Kommunikationssystem CSY beinhaltet eine Kommunikationseinrichtung PBX sowie eine erste und eine zweite abgesetzte bzw. dezentrale Einheit AP1,AP2, welche untereinander über ein paketorientiertes Netzwerk LAN verbunden sind.Fig. 1 shows a schematic representation of a communication system CSY. The communication system CSY contains a communication device PBX and a first and a second remote or decentralized unit AP1, AP2, which are connected to one another via a packet-oriented network LAN.
Das paketorientierte Netzwerk LAN ist in fachüblicher Weise ausgestaltet und liegt beispielsweise in Form eines sogenannten "Local Area Network", "Metropolitan Area Network" oder auch in einem globaleren Umfang unter Einbeziehung des weltweiten Datennetzes "Internet" vor. Als Basisprotokoll zum Austausch von Datenpaketen kommt beispielsweise das "Internet Protocol", abkürzend IP, zum Einsatz. Im übrigen hängt die im folgenden zu beschreibende erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nicht von speziellen Netzwerkarchitekturen bzw. -Protokollen ab.The packet-oriented network LAN is designed in a customary manner and is available, for example, in the form of a so-called "local area network", "metropolitan area network" or also in a more global scope, including the worldwide data network "Internet". For example, the "Internet Protocol", abbreviated IP, is used as the basic protocol for exchanging data packets. Otherwise, the arrangement according to the invention to be described below and the method according to the invention do not depend on special network architectures or protocols.
Die Kommunikationseinrichtung PBX ist für den Austausch paketorientierter Signalisierungs- und Nutzdaten vorgesehen und ist beispielsweise gemäß einer in der Fachwelt auch als "IP Distributed Architecture" bezeichneten Architektur ausgestaltet. Neben einem paketorientierten Austausch kann alternativ ein Austausch klassischer, d.h. zeitschlitzorientierter Signalisierungs- und Nutzdaten mit entsprechend ausgestalten - nicht dargestellten - Kommunikationsendgeräten bzw. weiteren - nicht dargestellten - Kommunikationseinrichtungen vorgesehen sein.The communication device PBX is provided for the exchange of packet-oriented signaling and user data and is designed, for example, according to an architecture also referred to in the art as "IP Distributed Architecture". In addition to a package-oriented exchange, an exchange of classic, i.e. Time slot-oriented signaling and user data can be provided with correspondingly designed - not shown - communication terminals or further - not shown - communication devices.
Die genannte verteilte IP-Architektur gestattet eine Vertei- lung von Vermittlungssystemen, im Ausführungsbeispiel erfolgt diese Verteilung durch die abgesetzten Einheiten AP1,AP2. Diese werden in der Fachwelt auch mit "Access Points" bzw. "Shelves" bezeichnet und sind üblicherweise als dezentrale Vermittlungssysteme mit einem eigenen - nicht dargestellten - Koppelfeld ausgestattet.The aforementioned distributed IP architecture allows distribution systems to be distributed; in the exemplary embodiment, this distribution is carried out by the remote units AP1, AP2. In the professional world, these are also called "access points" or Designated "shelves" and are usually equipped as decentralized switching systems with their own switching network - not shown.
Die zweite abgesetzte Einheit AP2 enthält im Ausführungsbei- spiel im wesentlichen identische Funktionseinheiten der ersten abgesetzten Einheit API, weshalb in der Zeichnung wie in der Beschreibung des Ausführungsbeispiel eine detaillierte Darstellung dieser Funktionseinheiten lediglich für die erste abgesetzte Einheit API erfolgt.In the exemplary embodiment, the second remote unit AP2 contains essentially identical functional units of the first remote unit API, which is why in the drawing, as in the description of the exemplary embodiment, these functional units are only shown in detail for the first remote unit API.
Die erste abgesetzte Einheit API enthält eine erste und eine zweite Anschlussbaugruppe SLMC1;SLMC2 zum jeweiligen An- schluss mindestens einer Basisstation BS1;BS2 über eine Lei- tung L1;L2. Die zweite abgesetzte Einheit AP2 ist mit einer dritten und vierten Basisstation BS3,BS4 verbunden. Die Darstellung der Basisstationen BS1,BS2, BS3,BS4 in der Zeichnung zeigt die Möglichkeit eines mehrfachen Anschlusses von Basisstationen an eine einzelne Anschlussbaugruppe an. Die abge- setzten Einheiten AP1,AP2 sind über eine Gatewayeinrichtung GW mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden.The first remote unit API contains a first and a second connection module SLMC1; SLMC2 for the respective connection of at least one base station BS1; BS2 via a line L1; L2. The second remote unit AP2 is connected to a third and fourth base station BS3, BS4. The representation of the base stations BS1, BS2, BS3, BS4 in the drawing shows the possibility of multiple connection of base stations to a single connection module. The remote units AP1, AP2 are connected to the packet-oriented network LAN via a gateway device GW.
Ein drahtloses Kommunikationsendgerät MD unterhält einen - punktiert dargestellten - Kanal zur ersten Basisstation BS1. Ein derart ausgebildeter Kanal bzw. Verbindung oderA wireless communication terminal MD maintains a channel to the first base station BS1, shown in dotted lines. Such a channel or connection or
"Connection" wird beispielsweise unter Verwendung des DECT- Protokolls realisiert."Connection" is implemented, for example, using the DECT protocol.
Das Leistungsmerkmal "Handover" besteht darin, dass eine Sprach- bzw. Nutzdatenverbindung unterbrechungsfrei fortgeführt wird, wenn das mobile Endgerät MD während einer bestehenden Kommunikationsverbindung vom Funkbereich einer ersten Basisstation BS1 zum Funkbereich der zweiten Basisstation BS2 wechselt .The "handover" feature consists in that a voice or user data connection is continued without interruption if the mobile terminal MD changes from the radio area of a first base station BS1 to the radio area of the second base station BS2 during an existing communication connection.
Im Zuge eines ersten Handovervorgangs HO-A wechselt das drahtlose Kommunikationsendgerät MD von der ersten Basissta tion BSl auf die zweite Basisstation BS2. Da die zweite Basisstation BS2 wie die erste Basisstation BSl mit der selben abgesetzten Einheit API verbunden ist, wird diese Form des Handovervorgangs als knoteninterner Connection Handover HOV-A bezeichnet.In the course of a first handover process HO-A, the wireless communication terminal MD changes from the first base station tion BSl on the second base station BS2. Since the second base station BS2, like the first base station BS1, is connected to the same remote unit API, this form of handover process is referred to as an intra-node connection handover HOV-A.
Ein zweiter Handovervorgang HO-B auf eine dritte BasisStation MS3, welche von einer von der ersten abgesetzten Einheit API unterschiedlichen abgesetzten Einheit AP2 verwaltet wird, wird als knotenübergreifender Connection-Handover HO-B bezeichnet.A second handover process HO-B to a third base station MS3, which is managed by a remote unit AP2 different from the first remote unit API, is referred to as a cross-node connection handover HO-B.
Eine weitere Funktion benötigt ebenfalls eine Synchronisation der beteiligten Basisstation, nämlich das sogenannte "Roa- ming" . Das Leistungsmerkmal Roaming besteht darin, dass die aktuelle örtliche Zuordnung des mobilen Endgeräts MD, das vom Funkbereich der ersten Basisstation BSl zu dem Funkbereich einer zweiten Basisstation BS2 wechselt, vom Kommunikationssystem CSY erfasst wird, wobei dieser Wechsel erfolgt, wenn keine Sprach- bzw. Nutzdatenverbindung besteht.Another function also requires synchronization of the base station involved, namely so-called "roaming". The roaming feature consists of the fact that the current local assignment of the mobile terminal MD, which changes from the radio area of the first base station BS1 to the radio area of a second base station BS2, is recorded by the communication system CSY, this change taking place when there is no voice or user data connection consists.
In der ersten abgesetzten Einheit API ist ein Pufferspeicher JITBUF, in der Fachwelt auch "Jitter Buffer" genannt, angeordnet. Da Nutzdaten transportierende Datenpakete im paket- orientierten Netzwerk LAN prinzipiell unabhängig voneinander übertragen werden und gelegentlich sogar ein Verlust von Datenpaketen auftritt, treffen die Datenpakete in der Regel nicht in isochronen Zeitabständen am Austrittspunkt ein. Zum Ausgleich solcher LaufzeitSchwankungen werden die Datenpakete vor dem Zusammensetzen des Datenstroms der Nutzinformation im nach dem Durchlaufprinzip arbeitenden Pufferspeicher JITBUF zwischengespeichert, aus dem die Datenpakete in konstanten Zeitabständen ausgelesen werden. Auf diese Weise kann aus den in unregelmäßigen Zeitabständen eintreffenden Datenpaketen wieder ein kontinuierlicher Datenstrom rekonstruiert werden. Die in der abgesetzten Einheit API angeordnete Gatewayeinrichtung GW besitzt neben ihrer eigentlichen Gateway- Funktionalität zum Anschluss an das paketorientierte Netzwerk LAN die Aufgabe einer Steuerung der abgesetzten Einheit API und insbesondere einer Takterzeugung für den lokalen Knoten, d.h. einer Synchronisierung der abgesetzten Einheit API und der daran angeschlossenen Basisstationen BSl,BS2. Zu diesem Zweck ist eine von der Gatewayeinrichtung GW gespeiste Taktsignalleitung CLK vorgesehen, die die Anschlussbaugruppen SLMC1 SLMC2 mit einem Taktsignal versorgt.A buffer memory JITBUF, also called "jitter buffer" in the technical field, is arranged in the first remote unit API. Since data packets transporting user data are in principle transmitted independently of one another in the packet-oriented network LAN and occasionally even a loss of data packets occurs, the data packets generally do not arrive at the exit point at isochronous time intervals. To compensate for such fluctuations in runtime, the data packets are temporarily stored in the buffer memory JITBUF, which works on the basis of the flow principle, from which the data packets are read out at constant time intervals before the data stream of the useful information is assembled. In this way, a continuous data stream can be reconstructed from the data packets arriving at irregular time intervals. In addition to its actual gateway functionality for connection to the packet-oriented network LAN, the gateway device GW arranged in the remote unit API has the task of controlling the remote unit API and, in particular, generating a clock for the local node, that is to say synchronization of the remote unit API and of it connected base stations BS1, BS2. For this purpose, a clock signal line CLK supplied by the gateway device GW is provided, which supplies the connection modules SLMC1 SLMC2 with a clock signal.
Die Gatewayeinrichtung GW sowie die Anschlussbaugruppen SLMC1,SLMC2 der abgesetzten Einheit API sind weiterhin über eine Meldungsschnittstelle HDLC verbunden. Die Meldungs- schnittsteile HDLC ist im Ausführungsbeispiel für den Austausch von HDLC-Meldungen (High Level Data Link Control) vorgesehen, ist jedoch bezüglich der Struktur ausgetauschter Steuernachrichten und des verwendeten Protokolls nicht eingeschränkt.The gateway device GW and the connection modules SLMC1, SLMC2 of the remote unit API are still connected via a message interface HDLC. The message interface parts HDLC is provided in the exemplary embodiment for the exchange of HDLC messages (High Level Data Link Control), but is not restricted with regard to the structure of the control messages exchanged and the protocol used.
In der folgenden Beschreibung wird nun detaillierter auf den Aufbau und die Funktionsweise der Gatewayeinrichtung GW eingegangen, soweit diese die erfindungsgemäße Synchronisation betreffen. Übrige Funktionen wie z.B. Verwaltungsfunktionen usw. werden als gegeben angesehen und nicht näher erläutert.In the following description, the structure and the mode of operation of the gateway device GW will be discussed in more detail insofar as these relate to the synchronization according to the invention. Other functions such as Administrative functions etc. are regarded as given and are not explained in detail.
Das Taktsignal eines z.B. quarzgesteuerten Taktgenerators CG wird an einen Phasenregelkreis PLL übergeben, der anhand eines weiteren von einem Fernsprechnetz PSTN abgeleiteten Takt- signals einen Referenztakt erzeugt, der in die Taktsignalleitung CLK eingespeist wird.The clock signal of e.g. quartz-controlled clock generator CG is transferred to a phase-locked loop PLL, which uses a further clock signal derived from a telephone network PSTN to generate a reference clock, which is fed into the clock signal line CLK.
Die Verbindung zum Fernsprechnetz PSTN ist optional und dient einer zusätzlichen Ausfallsicherung des nachfolgend zu be- schreibenden Verfahrens zur Herstellung eines kommunikations- systemweit takt- und phasensynchronen Referenztaktsignals. Das genannte von einem Fernsprechnetz PSTN abgeleitete Taktsignal wird beispielsweise von über eine S0-Schnittstelle in einem ISDN-Kommunikationsnetzwerk (Integrated Services Digital Network) bezogen. Im ISDN ist ein konstanter Bittakt vor- gesehen, mittels derer eine Taktsynchronisation zwischen zwei Endpunkten durchgeführt werden kann.The connection to the PSTN telephone network is optional and serves as an additional fail-safe for the method to be described below for the production of a clock and phase-synchronous reference clock signal throughout the communication system. Said clock signal derived from a telephone network PSTN is obtained, for example, from an S 0 interface in an ISDN communication network (Integrated Services Digital Network). In ISDN, a constant bit clock is provided, by means of which clock synchronization can be carried out between two end points.
Das vom Phasenregelkreis PLL ausgegebene Taktsignal wird weiterhin auch einer Messschaltung MS zugeführt, die wie die An- Schlussbaugruppen SLMC1,SLMC2 eine bidirektionale Kommunikation über eine Meldungsschnittstelle HDLC unterhalten.The clock signal output by the phase locked loop PLL is also fed to a measuring circuit MS, which, like the connection modules SLMC1, SLMC2, maintain bidirectional communication via a message interface HDLC.
Die Messschaltung MS ist mit einer ReferenzSignalbaugruppe REF verbundenen welche über eine - nicht dargestellte - Netz- werkbaugruppe der Gatewayeinrichtung GW mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden ist.The measuring circuit MS is connected to a reference signal module REF which is connected to the packet-oriented network LAN via a network module (not shown) of the gateway device GW.
In Fig. 2 wird unter weiterer Bezugnahme auf die Funktionseinheiten der Fig. 1 die Funktionsweise der Messschaltung MS sowie der ReferenzSignalbaugruppe REF näher erläutert.2, the mode of operation of the measuring circuit MS and the reference signal module REF is explained in more detail with further reference to the functional units of FIG. 1.
Die Referenzsignalbaugruppe REF ist über eine - nicht dargestellte - Netzwerkbaugruppe des Gateway GW und über eine Takterzeugungseinheit CLG mit dem paketorientierten Netzwerk LAN verbunden. Die Takterzeugungseinheit CLG nimmt von derThe reference signal module REF is connected to the packet-oriented network LAN via a network module (not shown) of the gateway GW and via a clock generation unit CLG. The clock generation unit CLG takes from the
Kommunikationseinrichtung PBX in synchronen Zeitabständen gesendete Datenpakete mit einem definierten Zeitstempel entgegen.Communication device PBX against data packets sent at synchronous time intervals with a defined time stamp.
Es handelt sich also um ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete, welche von einer in der Kommunikationseinrichtung angeordneten - nicht dargestellten - Sendeeinheit in synchronen Zeitabständen über das paketorientierte Netzwerk LAN an die abgesetzten Einheiten AP1,AP2 gesendet werden. Zur Bestimmung der synchronen Zeitabständen verfügt die Kommunikationseinrichtung PBX über eine - nicht dargestellte - Referenztaktquelle . Der genannte Zeitstempel entspricht einer Kennzeichnung des Datenpakets, welcher den Beginn eines Synchronisationszyklus an die abgesetzten Einheiten AP1,AP2 meldet. Der ZeitStempel ist vorzugsweise in einer niedrigen Schicht - bzw. "Layer" - des Netzwerkprotokolls implementiert, um eine deterministische Entnahme des Synchronisationszyklusstartzeitpunktes durch die Takterzeugungseinheit CLG zu gewährleisten. Die Takterzeugungseinheit CLG ist vorzugsweise "hardwarenah" aus- geführt, d.h. ohne einen aufwändigen Protokollstack, welcher eine Verzögerung der Bestimmung eines Synchronisationszyklus- Startzeitpunktes nach sich ziehen würde. Diese Hardwarenähe in Verbindung mit der Lokalisierung des Zeitstempels in einer niedrigen Ebene - vorzugsweise in Ebene 1 bzw. in der Ether- netschicht - im Netzwerkprotokoll gewährleistet eine nahezu verzögerungsfreie Echtzeitauswertung eintreffender, mit einem Zeitstempel versehener Datenpakete.It is therefore a reserved format data packets which are sent by a transmitting unit (not shown) arranged in the communication device at synchronous time intervals to the remote units AP1, AP2 via the packet-oriented network LAN. To determine the synchronous time intervals, the communication device PBX has a reference clock source (not shown). The mentioned time stamp corresponds to an identification of the data packet which reports the start of a synchronization cycle to the remote units AP1, AP2. The time stamp is preferably implemented in a low layer - or "layer" - of the network protocol in order to ensure a deterministic extraction of the synchronization cycle start time by the clock generation unit CLG. The clock generation unit CLG is preferably “hardware-related”, ie without a complex protocol stack, which would result in a delay in the determination of a synchronization cycle start time. This proximity to the hardware in connection with the localization of the time stamp in a low level - preferably in level 1 or in the Ethernet layer - in the network protocol ensures an almost instantaneous real-time evaluation of incoming data packets provided with a time stamp.
Als Protokoll für eine Implementierung von für eine paketori- entierte Übermittlung vorgesehene Zeitstempel wird der IEEE- Standard (The Institute of Electrical and Electronics Engi- neers, Inc.) IEEE1588, "Precision Clock Synchronization Pro- tocol for Networked Measurement and Control Systems" abkürzend auch PTP beziehungsweise "Precision Time Protocol" ge- nannt, eingesetzt, mit dem eine sub-mikrosekundengenaue Synchronisation bei Verwendung des Netzwerk-Standards TCP/IP durchführbar ist. Der genannte Standard definiert eine Methode und ein Verfahren, um räumlich verteilte Echtzeituhren zu synchronisieren, die über ein paketvermittelndes Netzwerk miteinander verbunden sind. Die Bestimmung des Clock-Masters wird nach dem "Best-Master-Clock" (BMC) ausgehandelt. Es lassen sich während der Laufzeit Uhren zuschalten oder entfernen (hot-plugging) .The IEEE standard (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) IEEE1588, "Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems", is abbreviated as a protocol for implementing time stamps intended for packet-oriented transmission also called PTP or "Precision Time Protocol", with which a sub-microsecond synchronization can be carried out when using the network standard TCP / IP. The standard mentioned defines a method and a method for synchronizing spatially distributed real-time clocks which are connected to one another via a packet-switching network. The determination of the clock master is negotiated according to the "best master clock" (BMC). Clocks can be switched on or removed during the runtime (hot-plugging).
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines chrono- logischesn Ablauf einer Synchronisation mit einem Austausch von Synchronisationssteuernachrichten . Zeitstrahlen 1,2 sind in dieser Reihenfolge der Kommunikati- onseinrichtung PBX sowie der Takterzeugungseinheit CLG zugeordnet. Die Zeitstrahlen 1,2 verlaufen von oben nach unten, so dass spätere Zeitpunkte weiter unten liegen als frühere Zeitpunkte.3 shows an exemplary implementation of a chronological sequence of a synchronization with an exchange of synchronization control messages. Timelines 1, 2 are assigned in this sequence to the communication device PBX and the clock generation unit CLG. The timelines 1, 2 run from top to bottom, so that later times are lower than earlier times.
Zum Zeitpunkt tO sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine Synchronisationsnachricht SYNCMSG an die Takterzeugungs- einheit CLG. Die Synchronisationsnachricht SYNCMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "SyncMessage" benannt. Mit dem Zeitpunkt des Absendens tO bestimmt die als sogenannte "Master Clock" agierende Kommunikationseinrichtung PBX die aktuelle lokale Systemzeit als Sendezeit tO und spei- chert den zugehörigen Wert.At time tO, the communication device PBX sends a synchronization message SYNCMSG to the clock generation unit CLG. The synchronization message SYNCMSG is also known in the specialist world with the mnemonic expression "SyncMessage". When the time tO is sent, the communication device PBX, acting as a so-called "master clock", determines the current local system time as the transmission time tO and stores the associated value.
Zu einem auf den Zeitpunkt tO folgenden Zeitpunkt tO ' trifft die Synchronisationsnachricht SYNCMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein, welche die präzise Empfangszeit tO τ regist- riert und der Wert speichert. Die Takterzeugungseinheit a- giert als sogenannte "Slave Clock", mithin als von der "Master Clock" gesteuerte Uhr.The synchronization message SYNCMSG arrives at the clock generation unit CLG at a time tO 'following the time tO, which registers the precise reception time tO τ and stores the value. The clock generation unit acts as a so-called "slave clock", hence as a clock controlled by the "master clock".
Zu einem Zeitpunkt tl sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG an die Takterzeugungseinheit CLG. Die nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "FollowUpMessage" benannt. In einem Wertefeld - dem Zeitstempel - der nachfolgenden Synchronisa- tionsnachricht FLLWUPMSG ist die gespeicherte Sendezeit tO der vorausgehenden Synchronisationsnachricht SYNCMSG enthalten.At a time t1, the communication device PBX sends a subsequent synchronization message FLLWUPMSG to the clock generation unit CLG. The subsequent synchronization message FLLWUPMSG is also referred to by the experts with the mnemonic expression "FollowUpMessage". The stored transmission time t0 of the preceding synchronization message SYNCMSG is contained in a value field - the time stamp - of the subsequent synchronization message FLLWUPMSG.
Zu einem auf den Zeitpunkt tl folgenden Zeitpunkt tl ' trifft die nachfolgende Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein. Die in einem Wertefeld - dem Zeitstempel - der nachfolgenden Synchronisationsnachricht FLLWUPMSG enthaltene Sendezeit tO der vorausgehenden Synchronisationsnachricht SYNCMSG wird ausgelesen und ebenfalls von der Takterzeugungseinrichtung gespeichert.The subsequent synchronization message FLLWUPMSG arrives at the clock generation unit CLG at a time t1 'following the time tl'. The one in a value field - the time stamp - of the subsequent synchronization message FLLWUPMSG contained transmission time tO of the previous synchronization message SYNCMSG is read out and also stored by the clock generating device.
Der Zeitunterschied zwischen der übermittelten Sendezeit tO und der Empfangszeit tO ' wird in der Takterzeugungseinheit CLG als sogenannter "Offset" berechnet und der Wert dieses Offsets gespeichert.The time difference between the transmitted transmission time tO and the reception time tO 'is calculated in the clock generation unit CLG as a so-called "offset" and the value of this offset is stored.
Zu einem Zeitpunkt t2 sendet die Takterzeugungseinheit CLG eine Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG an die Kommunikationseinrichtung PBX. Diese Verzögerungsanforderungs- nachricht DELREQMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "DelayReqMessage" benannt. Mit dem Zeitpunkt des Absendens t2 bestimmt die Takterzeugungseinheit CLG die präzise Sendezeit t2 und speichert den zugehörigen Wert.At a time t2, the clock generation unit CLG sends a delay request message DELREQMSG to the communication device PBX. This delay request message DELREQMSG is also referred to by the experts with the mnemonic expression "DelayReqMessage". At the time of sending t2, the clock generation unit CLG determines the precise sending time t2 and stores the associated value.
Zu einem auf den Zeitpunkt t2 folgenden Zeitpunkt t2 ' trifft die Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG an der Kommu- nikationseinrichtung PBX ein, welche die präzise Empfangszeit t2 ' registriert und der Wert speichert.At a time t2 'following the time t2', the delay request message DELREQMSG arrives at the communication device PBX, which registers the precise reception time t2 'and stores the value.
Zu einem Zeitpunkt t3 sendet die Kommunikationseinrichtung PBX eine Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG an die Takt- erzeugungseinheit CLG. Die VerzögerungsantwortnachrichtAt time t3, the communication device PBX sends a delay response message DELRSPMSG to the clock generation unit CLG. The delay response message
DELRSPMSG wird in der Fachwelt auch mit dem mnemonischen Ausdruck "DelayRspMessage" benannt. In einem Wertefeld - dem Zeitstempel - der nachfolgenden Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG ist die gespeicherte Empfangszeit t2 ' der vorausge- henden Verzögerungsanforderungsnachricht DELREQMSG enthalten.In professional circles, DELRSPMSG is also called with the mnemonic expression "DelayRspMessage". The stored reception time t2 'of the previous delay request message DELREQMSG is contained in a value field - the time stamp - of the subsequent delay response message DELRSPMSG.
Zu einem auf den Zeitpunkt t3 folgenden Zeitpunkt t3 ' trifft die Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG an der Takterzeugungseinheit CLG ein. Die in einem Wertefeld - dem Zeitstem- pel - der Verzögerungsantwortnachricht DELRSPMSG enthaltene Empfangszeit t2 ' der vorausgehenden Verzögerungsanforderungs nachricht DELREQMSG wird ausgelesen und ebenfalls von der Takterzeugungseinrichtung gespeichert .The delay response message DELRSPMSG arrives at the clock generation unit CLG at a time t3 'following the time t3'. The reception time t2 'of the preceding delay request contained in a value field - the time stamp - of the delay response message DELRSPMSG message DELREQMSG is read out and also saved by the clock generation device.
Der Zeitunterschied zwischen der übermittelten Empfangszeit t2 ' und der Empfangszeit t3' an der Takterzeugungseinheit CLG wird in der Takterzeugungseinheit CLG als sogenannter "Delay" berechnet und der Wert dieses Delays gespeichert.The time difference between the transmitted reception time t2 'and the reception time t3' at the clock generation unit CLG is calculated in the clock generation unit CLG as a so-called "delay" and the value of this delay is stored.
Die Synchronisation ist nun auf Basis weiterer - nicht darge- stellter - Synchronisationsnachrichten in Kenntnis der Delay- bzw. Offset-Werte durchführbar.The synchronization can now be carried out on the basis of further synchronization messages (not shown) with knowledge of the delay or offset values.
Die Synchronisationsnachrichten werden hierfür in einemThe synchronization messages are for this in one
- nicht dargestellten - Ethernet-Treiber der Takterzeugungs- einheit CLG ausgelesen und der Zeitstempel wird durch Verändern der Meldung eingetragen. Diese Bearbeitungsschritte erfolgen direkt in der Interruptroutine der Takterzeugungseinheit, um den genannten aufwändigen Protokollstack mit einer resultierenden Zeitverzögerung zu vermeiden. Die Bearbeitung der Synchronisationsnachrichten erfolgt statt dessen über eine sogenannte Socket-Schnittstelle zum UDP/IP-Stack (User Datagram Protocol) .- Not shown - Ethernet driver of the clock generation unit CLG is read out and the time stamp is entered by changing the message. These processing steps take place directly in the interrupt routine of the clock generation unit, in order to avoid the aforementioned complex protocol stack with a resulting time delay. Instead, the synchronization messages are processed via a so-called socket interface to the UDP / IP stack (User Datagram Protocol).
Aus den Zeitstempeln - in der Fachwelt auch "Timestamps" ge- nannt - wird die Abweichung zwischen dem lokalen Zeitwert und dem als Wert empfangenen Master-Zeitwert berechnet und als Regelgröße an die erste Steuereinheit CRTl übergeben.The deviation between the local time value and the master time value received as a value is calculated from the time stamps - also known as "timestamps" in the technical field - and transferred to the first control unit CRT1 as a controlled variable.
Die Beschreibung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 fortgeführt.The description is continued below with reference to FIG. 2.
Die vorgenannten Synchronisationszyklusstartzeitpunkte werden an eine erste Zähleinrichtung CNT1 übergeben, welche die Syn- chronisationszyklusstartzeitpunkte in Form eines pulsförmigen Signals an die Messschaltung MS übergeben. In einer Rückkopplungsschleife wird das pulsförmige Signal der ersten Zähleinheit CNT1 auf eine erste Steuereinheit CRTl und von dieser an die Takterzeugungseinheit CLG geführt, um eine konstante Pulsdauer des pulsförmigen Signals zu gewährleisten. Die Referenzsignalbaugruppe REF weist eine Algorithmuseinheit ALG auf, in der ein Algorithmus zur Bestimmung des "Mastertak- tes", d.h. des von der Kommunikationseinrichtung PBX vorgegebenen Taktes, der über ZeitStempel den abgesetzten Einheiten AP1-AP2 übermittelt wird, implementiert ist.The aforementioned synchronization cycle start times are transferred to a first counter CNT1, which transfers the synchronization cycle start times in the form of a pulse-shaped signal to the measuring circuit MS. In a feedback loop, the pulse-shaped signal from the first counting unit CNT1 is applied to and from a first control unit CRT1 the clock generating unit CLG guided to ensure a constant pulse duration of the pulse-shaped signal. The reference signal module REF has an algorithm unit ALG, in which an algorithm for determining the "master clock", ie the clock specified by the communication device PBX, which is transmitted to the remote units AP1-AP2 via time stamps, is implemented.
Das pulsförmige Signal am Ausgang der ersten Zähleinheit weist beispielsweise - vgl. Zeichnung - eine Periodendauer von 12 Sekunden auf, wobei sich die ansteigende Flanke eines Pulses synchron mit dem Eintreffen eines Zeitstempels über das paketorientierte Netzwerk LAN deckt.The pulse-shaped signal at the output of the first counting unit has, for example - cf. Drawing - a period of 12 seconds, whereby the rising edge of a pulse coincides with the arrival of a time stamp via the packet-oriented network LAN.
Die Messschaltung MS ist über einen Frequenzteiler DIV mit der Taktsignalleitung CLK verbunden. Das Signal der Taktsignalleitung CLK wird diesen Teiler DIV heruntergeteilt und einer zweiten Zähleinheit CNT2 auf deren "Clock"-Eingang CL zugeführt. Eine zweite Steuereinheit CRT2 tauscht Steuersignale mit dem "Resef'-Eingang RST bzw. mit dem "Delay"-Augang DLY der zweiten Zähleinheit CNT2 aus .The measuring circuit MS is connected to the clock signal line CLK via a frequency divider DIV. The signal of the clock signal line CLK is divided down this divider DIV and fed to a second counting unit CNT2 at its "clock" input CL. A second control unit CRT2 exchanges control signals with the "Resef" input RST or with the "Delay" output DLY of the second counting unit CNT2.
Das pulsförmige Signal der ersten Zähleinrichtung CNTl wird einem "Start"-Eingang STR der zweiten Zähleinrichtung CNT2 zugeführt.The pulse-shaped signal of the first counter CNT1 is fed to a "start" input STR of the second counter CNT2.
Das Signal der Taktsignalleitung CLK, auf dessen Basis eine Synchronisierung der gesamten abgesetzten Einheit API sowieThe signal of the clock signal line CLK, on the basis of which a synchronization of the entire remote unit API and
- über die Leitungen L1,L2 - der ersten und zweiten Basissta- tion BS1,BS2 erreicht wird, weist im Ausführungsbeispiel- Is reached via the lines L1, L2 - of the first and second base station BS1, BS2 in the exemplary embodiment
- vgl. Zeichnung - eine Periodendauer von 2,4 Sekunden auf. Mit dieser beispielhaften Pulsdauer von 2,4 Sekunden weist das Signal der Taktsignalleitung also ein Fünftel der Periodendauer des pulsförmigen Signals der ersten Zähleinrichtung CNTl auf. Es wird betont, dass diese Dimensionierung der Pulsdauer beider Taktsignale exemplarisch ist, eine alternative Pulsdauer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also ohne weiteres möglich ist.- see. Drawing - a period of 2.4 seconds. With this exemplary pulse duration of 2.4 seconds, the signal of the clock signal line thus has a fifth of the period of the pulse-shaped signal of the first counting device CNT1. It is emphasized that this dimensioning of the pulse duration of both clock signals is exemplary, and an alternative pulse duration is therefore easily possible with the method according to the invention.
Der Frequenzteiler DIV ist auf einen Teilungsfaktor von fünf eingestellt. Die Signale am Clock-Eingang CL sowie am Start- Eingang STR der zweiten Zähleinrichtung CNT2 sind somit taktsynchron, decken sich aber nicht in ihrer Phase. Dieser Pha- senunterschied Δp ist in der Zeichnung bei der Darstellung der zweiten Steuereinheit CRT2 versinnbildlicht.The frequency divider DIV is set to a division factor of five. The signals at the clock input CL and at the start input STR of the second counter CNT2 are therefore clock-synchronous, but do not coincide in their phase. This phase difference Δp is symbolized in the drawing when the second control unit CRT2 is shown.
Die zweite Steuereinheit CRT2 isst den Phasenunterschied Δp der beiden pulsförmigen Signale und leitet den Wert dieses Phasenunterschieds Δp an die Meldungsschnittstelle HDLC weiter. Mit Hilfe dieses Wertes Δp veranlassen die Anschluss- baugruppen SLMC1,SLMC2 oder alternativ die Basisstationen BS1,BS2;BS3,BS4 eine Phasennachstellung des von der in den jeweiligen abgesetzten Einheiten AP1,AP2 vorhandenen Taktsig- nalleitungen CLK entnommenen Taktsignals. Die Phasenlage des 2, 4-Sekunden-Taktsignals zum von der Kommunikationseinrichtung PBX vorgegebenen Referenztakt mit einer Pulsdauer von 12 Sekunden ist dabei in jeder abgesetzten Einheit APl,AP2 zunächst unterschiedlich.The second control unit CRT2 eats the phase difference Δp of the two pulse-shaped signals and forwards the value of this phase difference Δp to the message interface HDLC. With the aid of this value Δp, the connection modules SLMC1, SLMC2 or alternatively the base stations BS1, BS2; BS3, BS4 cause a phase adjustment of the clock signal taken from the clock signal lines CLK present in the respective remote units AP1, AP2. The phase position of the 2.4-second clock signal to the reference clock specified by the communication device PBX with a pulse duration of 12 seconds is initially different in each remote unit AP1, AP2.
Der Wert dieser Phasenlage - der Phasenunterschied ΔP - wird beispielsweise an die Basisstationen BS1,BS2,BS3,BS4 übermittelt und dort durch Verschiebung der DECT-Rahmenlage ausgeglichen .The value of this phase position - the phase difference ΔP - is transmitted, for example, to the base stations BS1, BS2, BS3, BS4 and is compensated there by shifting the DECT frame position.
Mit einem weiteren Bezug auf Fig. 1 ist damit also eine über das gesamte KornmunikationsSystem CSY erreichte Phasen- und Taktsynchronizität eines gemeinsamen durch die Kommunikationseinrichtung generierten Referenztaktsignals erreicht, wo- bei für dieses Ziel auf Maßnahmen wie die Auswertung von Satellitensignalen vorteilhaft verzichtet werden kann. Da das von der Kommunikationseinrichtung PBX erzeugte Referenztaktsignal für das gesamte KommunikationsSystem CSY gültig ist, kann auch für den Fall eines knotenübergreifenden Connection-Handover HO-B nunmehr ein gemeinsames, takt- und phasensynchrones Referenztaktsignal garantiert werden. Daraus lasst sich die erforderliche Bit-, Rahmen- und Multirahmen- synchronisation der DECT-Luftschnittstellen an den jeweiligen Basisstationen BS1,BS2,BS3, BS4 kohärent und unabhängig voneinander ableiten .With a further reference to FIG. 1, a phase and clock synchronism of a common reference clock signal generated by the communication device is achieved over the entire communication system CSY, measures such as the evaluation of satellite signals being advantageously dispensed with for this purpose. Since the reference clock signal generated by the communication device PBX is valid for the entire communication system CSY, a common, clock-synchronized and phase-synchronous reference clock signal can now also be guaranteed in the event of a node-wide handover HO-B. The required bit, frame and multi-frame synchronization of the DECT air interfaces at the respective base stations BS1, BS2, BS3, BS4 can be derived coherently and independently of one another.
Durch die Anwendung des kommunikationssystemweit phasen- und taktsynchronen Taktsignal CLK ergibt sich eine Lösung in der Funktion des in einem VoIP-Systern (Voice over IP) typischerweise eingesetzten Pufferspeichers JITBUF.The use of the clock signal CLK, which is phase and clock synchronous throughout the communication system, results in a solution in the function of the buffer memory JITBUF typically used in a VoIP system (Voice over IP).
Gemäß des Standes der Technik liefen die Takte in den Taktsignalleitungen CLK der einzelnen abgesetzten Einheiten AP1,AP2 und der Kommunikationseinrichtung PBX nicht synchron zueinander. Durch eine Drift der Takte gegeneinander kam es zu Überläufen bzw. Leerlaufen der gepufferten Nutzdatensignale. Dies führte zu Störgeräuschen in der Sprachverbindung, wenn ein - z.B. eine Länge von 20ms aufweisendes - Nutzdaten- signalstück - bzw. "Sample" - eines verlorenen Datenpakets durch einen sogenannten Ruhecode, weißes Rauschen oder einer Wiederholung des aus dem zuletzt bezogenen Datenpaket entnommenen Nutzdatensignalstück ersetzt werden musste. Die Qualität der Sprachübertragung war gegenüber der zeitorientierten PCM-Übertragung merklich schlechter.According to the prior art, the clocks in the clock signal lines CLK of the individual remote units AP1, AP2 and the communication device PBX did not run synchronously with one another. A drift of the clocks against each other led to overflows or empty runs of the buffered useful data signals. This led to noise in the voice connection when a - e.g. a length of 20 ms - useful data signal piece - or "sample" - of a lost data packet had to be replaced by a so-called idle code, white noise or a repetition of the useful data signal piece taken from the last obtained data packet. The quality of the voice transmission was noticeably worse than the time-oriented PCM transmission.
Im Falle eines Überlaufs der gepufferten Nutzdatensignalstü- cke, wurde ein Zeitbereich des Nutzdatensignals entfernt. Diese Maßnahme führte zum Wegfall ganzer Silben eines gesprochenen Wortes und damit zu einer starken Beeinträchtigung der Sprachqualität .In the event of an overflow of the buffered useful data signal pieces, a time range of the useful data signal was removed. This measure led to the elimination of entire syllables of a spoken word and thus to a severe impairment of the speech quality.
Mit der erreichten Phasen- und Taktsynchronizität wird ein Auseinanderdriften der Takte von über das paketorientierte Netzwerk angeschlossene Kommunikationskomponenten - wie die abgesetzten Einheiten AP1,AP2 sowie die Kommunikationseinrichtung PBX - verhindert, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme damit gelöst.With the phase and clock synchronicity achieved, the clocks drift apart from one another over the packet-oriented Network-connected communication components - such as the remote units AP1, AP2 and the communication device PBX - prevent the problems known from the prior art from being solved.
Durch die präzise Synchronisation ergibt sich ein weiterer Vorteil. Ein für Netzwerk-Analysezwecke - z.B. Netzwerklast- Messungen, Fehlersuche - im Kommunikationssystem CSY eingesetztes Verfahren zeichnet den Datenpaketverkehr mit zugehö- rigen Zeitstempeln auf. Um die in verschiedenen Knoten, d.h. Netzwerkkomponenten - wie z.B. der Kommunikationseinrichtung PBX - aufgezeichneten Daten - in der Fachwelt auch "Trace" genannt - für eine Auswertung - in der Fachwelt auch "Cross- monitoring" mit "Trace"- bzw. "Dump"-Funktionen genannt - miteinander vergleichen zu können, muss in jedem Knoten die gleiche Zeitbasis, mithin ein kommunikationssystemweit synchroner Zeitstempel verwendet werden, ein Trace-Verfahren wird in der deutschen Fachsprache mitunter auch als "Ablaufverfolgungsverfahren" bezeichnet. Das durch diese Erfindung beschriebene Verfahren stellt notwendige mikrosekundengenau synchrone Zeitinformationen zur Verfügung und ermöglicht damit erstmalig diese genauen Analysen.The precise synchronization gives another advantage. One for network analysis purposes - e.g. Network load measurements, troubleshooting - the process used in the CSY communication system records the data packet traffic with associated time stamps. In order to achieve the different nodes, i.e. Network components - such as The communication device PBX - recorded data - also called "trace" in the professional world - for an evaluation - in the professional world also called "cross-monitoring" with "trace" or "dump" functions - must be able to compare in the same time base for each node, thus a time stamp that is synchronous throughout the communication system, a trace method is sometimes referred to in German as "trace method". The method described by this invention provides the necessary microsecond synchronous time information and thus enables this precise analysis for the first time.
Im folgenden wird eine weiteres erfindungsgemäßes Mittel zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten beschrieben, das die Verbindungsleitungen Ll,L2 zwischen der abgesetzten Einheit APl und der verbundenen Basisstationen BSl,BS2 betrifft. Diese Mittel können auch bei einem - nicht dargestellten - Anschluss von Basisstatio- nen direkt an die Kommunikationseinrichtung PBX angewandt werden .A further means according to the invention for synchronizing packet-oriented connected communication components is described below, which relates to the connecting lines L1, L2 between the remote unit AP1 and the connected base stations BS1, BS2. These means can also be used when connecting base stations (not shown) directly to the communication device PBX.
Es ist bekannt, Basisstationen BS1,BS2;BS3,BS4, welche z.B. nach dem DECT-Standard arbeiten, über eine zeitschlitzorien- tierte Schnittstelle mit der abgesetzten Einheit AP1;AP2 zu verbinden. Eine zeitschlitzorientierte Schnittstelle ist arbeitet beispielsweise nach einem PCM-Verfahren (Pulse Code Modulation) wie z.B. die sogenannte Upo/E-Schnittstellen. Ü- ber derartige Schnittstellen wird aus der Rahmenübertragung ein Synchronisationsimpuls erzeugt, welcher für das interne Connection-Handover HO-A notwendig ist. Dabei wird - gemäß den DECT-Spezifikationen - eine Zeitgenauigkeit von weniger als 4μs benötigt.It is known to connect base stations BS1, BS2; BS3, BS4, which operate, for example, according to the DECT standard, to the remote unit AP1; AP2 via a time slot-oriented interface. A time slot-oriented interface is, for example, working according to a PCM process (pulse code Modulation) such as the so-called U p o / E interfaces. Via such interfaces, a synchronization pulse is generated from the frame transmission, which is necessary for the internal connection handover HO-A. According to the DECT specifications, a time accuracy of less than 4μs is required.
Mit dem allgemeinen Entwicklungstrend, leitungsorientierte Verbindungen durch - an sich verbindungslos arbeitende - pa- ketorientierte "Verbindungen" zu ersetzen, ist es wünschenswert, die Leitungen L1,L2 über das paketorientierte Netzwerk LAN zu führen. Eine derartige paketorientierte "Verbindung" muss jedoch aufgrund der fehlenden Möglichkeit, einen Synchronisationsimpuls aus zeitschlitzorientierten Rahmen zu er- zeugen, mit einer zusätzlichen Leitung zur Übertragung dieser Synchronisationsimpulse ausgestattet werden, so dass der gewünschte Effekt eines Wegfalls von zu verlegenden Leitungen statt eines Anschlusses an das paketorientierte Netzwerk LAN nachteilig entfällt.With the general development trend of replacing line-oriented connections with packet-oriented "connections" that work in a connectionless manner, it is desirable to route the lines L1, L2 over the packet-oriented network LAN. However, due to the lack of the possibility of generating a synchronization pulse from time-slot-oriented frames, such a packet-oriented “connection” must be equipped with an additional line for transmitting these synchronization pulses, so that the desired effect of eliminating lines to be laid instead of connecting to the packet-oriented network LAN disadvantageously eliminated.
Mit den erfindungsgemäßen Mitteln einer Synchronisierung über ■ einen Zeitstempel aufweisende Datenpakete wird dieser Nachteil gelöst. Der Austausch von Datenpaketen zwischen der abgesetzten Einheit AP1,AP2 mit der jeweiligen Basisstation BS1,BS2;BS3,BS4 erfolgt erfindungsgemäß über ein paketorientiertes Netzwerk übertragene Datenpakete mit einem Zeitstempel, wobei eine Gewinnung eines Synchronisationsimpulses analog zum oben genannten Verfahren erfolgt. Im folgenden wird - ohne Bezug auf die Zeichnung - eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.With the agents of a synchronization ■ a timestamp data packets having this disadvantage is solved. The exchange of data packets between the remote unit AP1, AP2 with the respective base station BS1, BS2; BS3, BS4 takes place according to the invention over a packet-oriented network transmitted data packets with a time stamp, with a synchronization pulse being obtained analogously to the above-mentioned method. An alternative embodiment of the method according to the invention is described below, without reference to the drawing.
In der vorigen Figurenbeschreibung wurde ein numerischer Wert für einen Phasenversatz zwischen dem lokalen Taktsignal und den über das paketorientierte Netzwerk bezogenen Referenztakt der Kommunikationseinrichtung über die HDLC-Meldungs Schnittstelle ausgegeben und die Phasenkorrektur dem Empfänger dieser Phasenversatzinformation - vorzugsweise den Basisstationen - vorbehalten.In the previous description of the figures, a numerical value for a phase offset between the local clock signal and the reference clock of the communication device obtained via the packet-oriented network via the HDLC message was given Interface output and the phase correction reserved for the receiver of this phase shift information - preferably the base stations.
Alternativ hierzu wird die Korrektur des Phasenversatzes bereits im Gateway selbst vorgenommen, mit anderen Worten wird das lokale Taktsignal bereits dort phasensynchronisiert zum Referenztaktsignal der Kommunikationseinrichtung ausgegeben. Hierzu ist eine Phasenregelschleife im Gateway vorgesehen, in welche im Rückkopplungskreis das von den paketorientiert ü- bertragenen Zeitstempel generierte pulsförmige Signal eingespeist wird, wobei die Phasenregelschleife die Frequenz und die Phase des Taktsignals regelt. Die so modifizierte Phasenregelschleife "rastet" bei Takt- und Phasensynchronizität des lokal erzeugten Taktsignals mit dem Referenztaktsignal ein. Das zum über das paketorientierte Netzwerk bezogenen Referenztakt der Kommunikationseinrichtung takt- und phasensynchrone Signal wird in die Taktsignalleitung CLK des Gateways eingespeist, eine HDLC-Meldung über einen Phasenversatz ist damit hinfällig. As an alternative to this, the correction of the phase offset is already carried out in the gateway itself, in other words the local clock signal is already there phase-synchronized with the reference clock signal of the communication device. For this purpose, a phase-locked loop is provided in the gateway, into which the pulse-shaped signal generated by the packet-oriented transmitted time stamp is fed in the feedback circuit, the phase-locked loop regulating the frequency and the phase of the clock signal. The phase-locked loop modified in this way "latches" in the case of clock and phase synchronism of the locally generated clock signal with the reference clock signal. The clock signal and phase-synchronous signal relating to the reference clock of the communication device, which is related to the packet-oriented network, is fed into the clock signal line CLK of the gateway, an HDLC message about a phase offset is therefore no longer necessary.

Claims

PatentansprücheVerfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten Process for the synchronization of packet-oriented connected communication components
1. Anordnung zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten in einem KommunikationsSystem (CSY) , das aus einer bezüglich des KommunikationsSystems (CSY) zen- tralen Einheit (PBX;API) und zumindest einer bezüglich des1. Arrangement for the synchronization of packet-oriented connected communication components in a communication system (CSY), which consists of a central unit with respect to the communication system (CSY) (PBX; API) and at least one with respect to the
KommunikationsSystems (CSY) dezentralen Einheit (API; BSl) besteht, wobei die zentrale Einheit (PBX;APl) mit der dezentralen Einheit (AP1;BS1) über ein paketorientiertes Netzwerk (LAN) verbunden ist, gekennzeichnet durch, eine in der zentralen Einheit (PBX;API) vorgesehene Referenztaktquelle, eine von der Referenztaktquelle gesteuerte Sendeeinheit zur Übermittlung von ein vorbehaltenes Format aufweisende Daten- pakete an die dezentrale Einheit (AP1;BS1), eine in der dezentralen Einheit (API, BSl) vorgesehene Empfängereinheit (REF) zum Empfang der ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete und zur Rückgewinnung des Referenztaktes aus den Datenpakete, eine in der dezentralen Einheit (API, BSl) angeordnete Auswerteeinrichtung (GW) zur Synchronisation des Referenztaktes mit einem intern erzeugten Taktsignal (CLK) .Communication system (CSY) decentralized unit (API; BSl), wherein the central unit (PBX; APl) is connected to the decentralized unit (AP1; BS1) via a packet-oriented network (LAN), characterized by one in the central unit ( PBX; API) provided reference clock source, a transmission unit controlled by the reference clock source for transmitting data packets in a reserved format to the decentralized unit (AP1; BS1), a receiver unit (REF) provided in the decentralized unit (API, BS1) for reception the data packets which have a reserved format and for the recovery of the reference clock from the data packets, an evaluation device (GW) arranged in the decentralized unit (API, BS1) for synchronization of the reference clock with an internally generated clock signal (CLK).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch geken zeichnet, dass die zentrale Einheit eine Kommunikationseinrichtung (PBX) und die mindestens eine dezentrale Einheit eine von der Kommunikationseinrichtung (PBX) gesteuerte abgesetzte Einheit (API) ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the central unit is a communication device (PBX) and the at least one decentralized unit is a remote unit (API) controlled by the communication device (PBX).
3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e e n n z e i c n e t , dass die zentrale Einheit eine von einer Kommunikationseinrichtung (PBX) gesteuerte abgesetzte Einheit (API) und die mindestens eine dezentrale Einheit eine Basisstation (BSl) ist, wobei zwischen der Basisstation (BSl) und einem mobilen Kommunikationsendgerät (MD) eine drahtlose Informationsübertragung stattfindet.3. Arrangement according to claim 1, dadurchgeennzeicnet, that the central unit is a remote unit (API) controlled by a communication device (PBX) and the at least one decentralized unit is a base station (BSl), a wireless information transmission taking place between the base station (BSl) and a mobile communication terminal (MD).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbehaltenen Datenpakete einen in einer niedrigen Netzwerkprotokollschicht implementierten Zeitstempel enthalten.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the reserved data packets contain a time stamp implemented in a low network protocol layer.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbehaltenen Datenpakete gemäß des IEEE1588- Protokolls strukturiert sind.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the reserved data packets are structured according to the IEEE1588 protocol.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeic net durch, eine Messschaltung (MS) , der das aus den vorbehaltenen Datenpaketen rückgewonnene Referenztaktsignal zur Erzeugung einer Information über einen Phasenunterschied zum intern erzeugten Taktsignal zugeführt wird.6. Arrangement according to one of the preceding claims, gekennzeic net by, a measuring circuit (MS), the reference clock signal recovered from the reserved data packets for generating information about a phase difference to the internally generated clock signal is supplied.
7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, eine Steuereinheit (CRT2) , die die Information über den Phasenunterschied auswertet und das Ergebnis dieser Auswertung an eine Meldungsschnittstelle (HDLC) übergibt.7. Arrangement according to claim 6, characterized by a control unit (CRT2) which evaluates the information about the phase difference and transfers the result of this evaluation to a message interface (HDLC).
8. Anordnung nach Anspruch 7, geke nzeichnet durch, eine Basisstation (BSl) , welche die über die Meldungsschnitt- stelle über eine Anschlusseinheit (SLMCl) weitergegebene Information über den Phasenunterschied verarbeitet und abhängig von dieser Information die Phasenlage des intern erzeugten Taktsignals (CLK) korrigiert.8. Arrangement according to claim 7, characterized by a base station (BSl) which processes the information about the phase difference, which is passed on via the message interface via a connection unit (SLMCl), and is dependent on this the phase position of the internally generated clock signal (CLK) is corrected from this information.
7. Anordnung nach Anspruch 6, geke nzeichnet durch, eine Steuereinheit (CRT2) , die die Information über den Phasenunterschied verarbeitet und abhängig von dieser Information die Phasenlage des intern erzeugten Taktsignals (CLK) korrigiert .7. Arrangement according to claim 6, characterized by a control unit (CRT2) which processes the information about the phase difference and, depending on this information, corrects the phase position of the internally generated clock signal (CLK).
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation eine Taktsynchronisation ist.8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronization is a clock synchronization.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation eine Phasensynchronisation ist.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronization is a phase synchronization.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge ennzeic net, dass die Synchronisation eine Rahmensynchronisation ist.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized ge ennzeic net that the synchronization is a frame synchronization.
11. Verfahren zur Synchronisation von paketorientiert verbundenen Kommunikationskomponenten in einem Kommunikationssystem (CSY), mit einer bezuglich des KommunikationsSystems (CSY) zentralen Einheit (PBX;APl) und zumindest einer bez glich des Kommunikationssystems (CSY) dezentralen Einheit (AP1;BS1), wobei die zentrale Einheit (PBX;API) mit der dezentralen Einheit (APl;BSl) über ein paketorientiertes Netzwerk (LAN) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zentralen Einheit (PBX;API) ein Referenztakt erzeugt wird, welcher in synchronen Zeitabstanden eine Ubersen- düng von ein vorbehaltenes Format aufweisende Datenpakete an die dezentrale Einheit (AP1;BS1) auslöst, dass die ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete in der dezentralen Einheit (API, BSl) empfangen und der Referenztaktes aus diesen Datenpakete rückgewonnen wird, dass der Referenztakt mit einem in der dezentralen Einheit (API, BSl) intern erzeugten Taktsignal (CLK) synchronisiert wird.11. Method for the synchronization of packet-oriented connected communication components in a communication system (CSY), with a central unit (PBX; API) with respect to the communication system (CSY) and at least one unit (AP1; BS1) with respect to the communication system (CSY), whereby the central unit (PBX; API) is connected to the decentralized unit (APl; BSl) via a packet-oriented network (LAN), characterized in that a reference clock is generated in the central unit (PBX; API), which generates a synchronous interval Triggers transmission of data packets in a reserved format to the decentralized unit (AP1; BS1), that the data packets having a reserved format are received in the decentralized unit (API, BSl) and the reference clock is recovered from these data packets, that the reference clock is synchronized with a clock signal (CLK) generated internally in the decentralized unit (API, BSl).
12 . Verfahren nach Anspruch 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t , dass die ein vorbehaltenes Format aufweisenden Datenpakete gemäß des IEEE1588-Protokolls strukturiert sind.12. The method of claim 11, that the data packets having a reserved format are structured in accordance with the IEEE1588 protocol.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenztakt mit dem intern erzeugten Taktsignal (CLK) taktsynchronisiert wird.13. The method according to any one of claims 11 to 12, characterized in that the reference clock is clock-synchronized with the internally generated clock signal (CLK).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenztakt mit dem intern erzeugten Taktsignal (CLK) phasensynchronisiert wird.14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the reference clock is phase-synchronized with the internally generated clock signal (CLK).
15. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Ablaufverfolgungsverfahren zur Gewinnung eines zeitlichen Ablaufs von Steuer- und Vermittlungsinformationen im Kommunikationssystem (CSY) .15. Use of the arrangement according to one of claims 1 to 10 in a tracing method for obtaining a chronological sequence of control and switching information in the communication system (CSY).
16. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 in einem Ablaufverfolgungsverfahren zur Gewinnung eines zeitlichen Ablaufs von Steuer- und Vermittlungsinformationen im Kommunikationssystem (CSY) . 16. Use of the method according to one of claims 11 to 14 in a tracing method for obtaining a chronological sequence of control and switching information in the communication system (CSY).
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