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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur verteilten Synchronisation.
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Sie
kann beispielsweise in Ad-Hoc-Netzen eingesetzt werden. Ferner wird
sie in Drahtlosnetzen vom Typ Large Scale Wireless Network eingesetzt,
bei denen der Zugriff oder die Sendung eine globale Synchronisation
verlangt.
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Die
wird auf Funknetze angewendet.
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Zahlreiche
Verfahren zur Synchronisation in Funknetzwerken erfordern einen
genauen Zeitbezug, der jedem Knoten des Netzes gemeinsam ist. In
der Beschreibung wird mit Knoten oder „Station" jede Einheit des Netzes bezeichnet,
die materiell oder logisch ausgeführt ist und der Zugangs- oder
Ausgangspunkt (Ende) eines Austauschs oder einer Informationssendung
zwischen Stationen sein kann.
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Bei
Mehrkanalnetzen mit Cacheanschlüssen
hat das Sicherstellen von Sendezeiten, Verbreitungsmöglichkeiten
(im Englischen Broadcast) zur Koordination des Zugriffs mehrerer
Stationen und einer Vorzuweisung von Ressourcen in Form von Zeit-
oder Frenquenzabschnitten geführt.
Dies gilt unter anderem und nicht einschränkend auf Zugriffsverfahren
mit TDMA-Dynamik (TDMA oder im Englischen Time Division Multiplex
Access), für
die der Mesh-Modus des IEEE-Standards 802.16A ein Beispiel unter
anderen ist.
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Im
selben Zusammenhang führt
der Einsatz von Richtungsantennen in einem Ad-Hoc-Netz oft zur Koordinierung
der Sendungen und somit zur Verwendung eines gemeinsamen Zeitbezugs.
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Die
Netze können
darüber
hinaus Sendetechniken vom Typ des Frequenzsprungs mit zeitabhängigen Transecregeln
(Regeln, die den Frequenzwechsel pseudozufällig machen und den Schutz
der Sendung sicherstellen) verwenden. Auch hier ist ein gemeinsamer
Zeitbezug erforderlich.
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Dieser
gemeinsame Zeitbezug ist je nach System mehr oder weniger genau.
Der Mangel an Genauigkeit führt
zur Ergänzung
um Schutz- oder Synchronisationszeiten, die hinsichtlich der Verzögerungszeit
oder der Sendekapazität
für die
Netzleistung schnell untragbar werden.
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Im
Stand der Technik sind gegenwärtig
verschiedene Verfahren zur „verteilten
Synchronisation in Ad-Hoc-Netzen" bekannt.
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Neben
den Lösungen,
die einen externen gemeinsamen Bezug verwenden, wie GPS (System
zur globalen Positionierung oder im Englischen Global Positioning
System), die jedoch von der Verfügbarkeit
des Letzteren abhängen,
ist das am häufigsten
verwendete Verfahren der Einsatz eines Synchronisationsbaums. Es
wird beispielsweise eine Station als Zeitbezug oder Synchronisationsleiter
ausgewählt.
Die übrigen
Stationen synchronisieren sich progressiv mit dieser Bezugsstation,
indem sie auf dezentralisierte Weise einen Synchronisationsbaum
aufbauen. Die Stationen, die zu der Bezugsstation benachbart sind,
synchronisieren sich zur Letzteren, dann synchronisieren sie sich
auf die Stationen mit zwei Sprüngen,
welche sich durch Auswahl einer Station mit einem Sprung als Stammstation
synchronisieren.
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Dieses
Verfahren weist im Zusammenhang mit Mobilnetzen einige Nachteile
auf. Bei der Fragmentierung des Netzes muss in dem Teil des Netzes,
der die Bezugsstation nicht enthält,
eine andere Bezugsstation gesucht werden. Wenn die Netze wieder
zusammengeführt
werden, können
die beiden Bezugsstationen nicht aufrecht erhalten werden. Auch
wenn das Netz verbunden bleibt und die Position der Stationen sich
entwickelt, muss außerdem
der Synchronisationsbaum modifiziert werden, ohne eine lokale Schleife
zu erzeugen. Im Fall der Zerstörung
der Bezugsstation muss diese Station erfasst werden (es ist also
notwendig, das Vorhandensein der Station aufrecht zu erhalten, welches
unempfindlich gegenüber
Schleifen ist, wie z. B. dem Zählen bis
unendlich), und dann muss eine neue Station dezentralisiert ausgewählt werden.
Dies macht einigermaßen schwierige
und wenig reaktive Verfahren notwendig.
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Weitere
im Stand der Technik untersuchte Verfahren basieren auf einer Gewichtung
der Zeit der Nachbarn (benachbarte Stationen). Unter bestimmten
Bedingungen, die von der Gewichtungsmatrix ausgewählt werden,
konvergiert das System. Diese Konvergenz ist jedoch langsam und
eignet sich kaum für
Mobilnetze.
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Die
US-Patentschrift
US 2004/0005902 betrifft
ein System und ein Verfahren zur Korrektur der Abweichungen eines
Takts und zum Erhalten der Synchronisation der Takte in einem drahtlosen
Netz.
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Die
US-Patentschrift
US 2001/02283 beschreibt
ein Verfahren zur Synchronisation des internen Takts in einem Kommunikationssystem,
welches die folgenden Schritte umfasst: die Extraktion eines Zeitmotivs
(time stamp) des Empfangssignals, die Bestimmung der Differenz zwischen
dem Zeitmotiv und einem Zeitwert des internen Takts, die Modifikation
des internen Takts, wenn die absolute Amplitude der Differenz einen Schwellwert übersteigt.
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Das
Synchronisationsverfahren und -system verwenden insbesondere die
Sendungen (Austausche) zwischen den Stationen, welche im Wesentlichen über Funkverbindungen
miteinander verbunden sind. Das Verfahren be trifft keine Bezugsstation
und keinen externen Bezug unter Normalbetriebsbedingungen, die Synchronisation
kann zu jedem Zeitpunkt erfolgen (kein Leitbezug).
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur verteilten Synchronisation
in einem Kommunikationsnetz, das mehrere Stationen umfasst, die
untereinander Nachrichten austauschen, umfassend mindestens den
folgenden Schritt:
- – in jede von einem Sender
einer Station gesendete Nachricht Einfügen eines Synchronisationsmotivs,
das für
den Zeitbezug des Senders charakteristisch ist und die Sendezeit
der Nachricht enthält,
und
gekennzeichnet dadurch, dass es mindestens den folgenden Schritt
umfasst:
- – Aktualisieren
des Zeitbezugs einer ersten Station durch den Zeitbezug einer von
einer zweiten Station des Netzes empfangenen Nachricht, wenn und
nur wenn der empfangene Zeitbezug vor dem Zeitbezug der ersten Station
liegt, wobei die Aktualisierung auf die folgende Weise erfolgt:
- – Berechnen
der Differenz ΔX
= T'a – Ta zwischen
der Sendezeit T'a
der empfangenen Nachricht von der zweiten Station und der Zeit Ta
des Empfangs derselben Nachricht durch die erste Station,
- – Anlegen
einer Korrektur ΔY,
wobei 0 < ΔY < = ΔX, wenn die
Sendezeit T'a um
mindestens eine Größe τ, wobei ΔX > τ > 0, vorher liegt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Station zur verteilten Synchronisation
in einem Netz, das mehrere Stationen umfasst, die untereinander
Nachrichten austauschen, welche jeweils ein Synchronisationsmotiv
umfassen, welches charakteristisch für den Zeitbezug der Sendestation
der Nachricht ist und die Sendezeit der Nachricht von der Station
enthält,
umfassend mindestens den folgenden Schritt:
- – einen
internen Takt H, um der Station einen Zeitbezug bereitzustellen;
- – eine
Vorrichtung C_E/R zum Empfangen von Nachrichten und die die Funktion
hat, ihre Empfangszeit zu messen und den Sendezeitpunkt der Nachrichten
zu steuern;
- – eine
Vorrichtung Co zur Korrektur der Zeit des internen Takts H, um die
Synchronisationsmotive zu empfangen, wobei die Korrekturvorrichtung
Co dazu angepasst ist, den Zeitbezug des internen Takts durch den Zeitbezug
einer von einer anderen Station empfangenen Nachricht zu aktualisieren,
wenn und nur wenn der Zeitbezug der empfangenen Nachricht vor dem
Zeitbezug des internen Takts H liegt;
- – indem
die Differenz ΔX
= T'a – TA zwischen
der Sendezeit T'a
der Nachricht und der Empfangszeit TA der Nachricht von der Station
berechnet wird, und
- – indem
eine Korrektur ΔY,
wobei 0 < ΔY < = ΔX angelegt
wird, wenn die Sendezeit T'a
um mindestens eine Größe τ, wobei ΔX > τ > 0, vorher liegt.
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Die
Erfindung weist insbesondere die folgenden Vorteile auf:
Das
Verfahren beruht nicht auf eine explizite Benennung einer oder mehrerer
Bezugsstationen und ist vollkommen verteilt, das heißt, basiert
auf lokalen Informationen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser beim
Lesen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels verständlich,
welches veranschaulichend und nicht einschränkend gegeben wird, unter Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Beispiel einer Architektur des erfindungsgemäßen Systems zeigt;
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2 ein
grobes Synchronisationsbeispiel eines Adhoc-Netzes zeigt;
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3 ein
feines Synchronisationsbeispiel eines Adhoc-Netzes zeigt,
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4 ein
Beispiel eines in Clustern organisierten Systems zeigt.
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Zum
besseren Verständnis
des in dem Verfahren verwirklichten Grundsatzes erfolgt die folgende
Beschreibung im Rahmen eines Netzes, das eine Knoten- oder Stationsgruppe
umfasst, die gegebenenfalls mobil sind und mittels Funksendemitteln
verbunden sind. Die Knotengruppe bildet beispielsweise ein verbundenes
Netz. Jeder Knoten verfügt über einen
internen Takt, wobei davon ausgegangen wird, dass die Takte anfangs
nicht stark synchronisiert sind und über die Zeit abweichen.
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1 zeigt
schematisch ein erfindungsgemäßes Synchronisationssystem.
Das System ist in einer Station oder einem Knoten Ni angeordnet.
Es umfasst beispielsweise die folgenden Elemente:
- – einen
inneren Takt H, dessen Zeit von einem Piloten oder Treiber gesteuert
wird, und eine optionale Vorrichtung zur Steuerung der Verzögerung (beispielsweise
durch Unterdrückung
des Treibertaktes), so dass die Zeitabweichung immer negativ ist;
- – eine
C_E/R-Vorrichtung, die die Nachrichten empfängt und insbesondere die Empfangszeit
misst und den Sendezeitpunkt der Nachrichten steuert. Diese Vorrichtung
empfängt
außerdem
die Informationen des internen Takts;
- – eine
Korrekturvorrichtung Co des Takts H, abhängig von der Messung der Ankunftszeiten
und der Sendezeiten der Nachrichten. Diese Vorrichtung empfängt die
Zeitinformationen (T, ΔT),
die von den Nachrichten transportiert werden, und berechnet de zu
transportierenden Synchronisationsdaten;
- – optional
einen externen Bezugstakt.
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Die
Funktionsweise des Systems weicht gemäß dem Schema von dem Netz ab,
auf das es angewendet wird, wovon im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele
gegeben werden.
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Die
Beschreibung bezieht sich auf folgende Bezeichnungen: die mit „Z'" bezeichneten Werte zeigen im Wesentlichen
die Messungen und die in der entfernten Station vorgenommenen Berechnungen
an, und „Z" zeigen die Messungen
und Berechnungen in der lokalen Station an.
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2 zeigt
schematisch ein Beispiel des Adhoc-Netzes. Es umfasst mehrere Stationen
oder Knoten, die untereinander mit gegebenenfalls homogenen Kommunikationsverbindungen
verbunden sind, welche in der Figur jeweils mit durchgezogenen oder
unterbrochenen Linien angezeigt sind. Die Knoten können gegebenenfalls
mobil sein und umfassen jeweils einen internen Takt. Von den Takten
wird angenommen, dass sie anfangs nicht stark synchronisiert sind
und über
die Zeit abweichen. Bei den Kommunikationsverbindungen handelt es
sich beispielsweise um Funkverbindungen. Die Gesamtheit dieser Verbindungen
bildet beispielsweise ein verbundenes Netz.
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Das
Verfahren synchronisiert die Takte aller Knoten über den Austausch zwischen
einer Station (Knoten) und den verbundenen Nachbarstationen.
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Das
Verfahren geht davon aus, dass der Austausch von Nachrichten zwischen
den Stationen auf die folgende Weise erfolgt:
eine Station
A, die eine Sendung von der Station B empfängt, bestimmt die Sendezeit
von B (im Takt B gemessen) und die Empfangszeit der Nachricht in
ihrem Takt (Takt A). Dies erfolgt beispielsweise auf explizite Weise, wenn
die von B gesendete Nachricht seine Sendezeit oder einen anderen
Indikator enthält.
Dies kann auch implizit erfolgen, wenn die Nachricht auf synchrone
Weise bezüglich
eines vereinbarten Datenblocks oder Zeitpunkts gesendet wird. Der
Zeitpunkt der Ankunft der Nachricht in der Station A kann von ihr
selbst gemessen werden (A). Der Abstand zwischen dem Sendezeitpunkt
und dem Empfangszeitpunkt beruht insbesondere auf dem Zeitabstand
der Takte zum Sendezeitpunkt, auf der Abweichung während der
Sendung und auf der Verbreitungszeit. In dem Beispiel aus 2 wird
nur die Synchronisation der Takte zur Verbreitungszeit berücksichtigt.
Dies wird gewöhnlich
mit dem Ausdruck „grobe
Synchronisation" bezeichnet.
Auch wenn das System anfangs synchronisiert ist, wird der Takt jeder
Station abweichen und das Netz wird sich entsynchronisieren, wenn
es keine Neueinstellung gibt.
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Eine
erste Vorgehensweise besteht darin, sich auf jede empfangene Nachricht
neu einzustellen. Wenn die Austausche zahlreich sind, kann das Netz
synchronisiert bleiben. Der Takt dieses Netzes kann sich auf Grund
der Verbreitungszeit, die die Sendungen verzögert, beträchtlich und unkontrolliert
verlangsamen. Der zweite Effekt dieses Verfahrens besteht darin,
dass wenn zwei Stationen lokal zahlreiche Nachrichten austauschen,
dort ebenfalls eine unkontrollierte schnelle lokale Abweichung entstehen
wird und die Stationsgruppe gegenüber den anderen Stationen entsynchronisiert
wird. In dem Fall, dass die Takte synchronisiert sind und nicht
abweichen, führt
das Verfahren zu einer Modifika tion der Takte aufgrund der Verbreitungszeit.
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Zur
Lösung
dieses Problems synchronisiert sich jede Station des Netzes beispielsweise
auf die Sendung einer Station B, und zwar nur, wenn die empfangene
Sendung Vorsprung hat; das heißt,
wenn in der Station B die Sendung bei T0 gesendet
wird (Takt von B), wird sie im Takt von A bei T0 – X (wobei
X ≥ 0) empfangen. Dies
impliziert, dass der Takt von B Vorsprung hat, da die Verbreitungszeiten
die Nachricht nur verzögern
können.
Es kommt beispielsweise zu einer Synchronisation, wenn der Vorsprung über einem
gegebenen Wert liegt, um Messfehler zu berücksichtigen.
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Zum
Erhalt dieser Synchronisation führt
das Verfahren beispielsweise die folgenden Schritte aus:
- – die
Vorrichtung Co berechnet die Differenz ΔX = T'a – Ta
zwischen der Sendezeit T'a
der empfangenen Nachricht und der Zeit Ta derselben Nachricht;
- – das
Verfahren legt eine Korrektor 0 < ΔY ≤ ΔX an, wenn
die Empfangszeit der Sendung um einen signifikanten Wert τ vorher liegt,
wobei ΔX > τ > 0, beispielsweise ΔY = ΔX – τ.
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Station
A und B spielen eine symmetrische Rolle.
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Vorausgesetzt,
dass jede Station regelmäßig eine
Nachricht an ihre Nachbarn sendet, bleibt das Netz auf die Zeit
der nahen Verbreitung synchronisiert und die Genauigkeit hängt nur
von dem Senderhythmus jeder Station ab (von der Abweichung der Takte
zwischen den Sendungen). Insbesondere hängt das Netz nicht oder wenig
von der Stabilität
der Leitungen (insofern das Netz global verbunden bleibt) und von
der Reihenfolge, in der die Nachrichten ausgetauscht werden, ab.
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Gemäß dem Verfahren
kann die Zeit einer Station des Netzes nicht schneller abweichen
als der schnellste Takt des Netzes und langsamer abweichen als der
langsame Takt des Netzes. Anders ausgedrückt, wenn die Takte eine Abweichung
aufweisen, die zwischen +D und –D
liegt, wenn sie isoliert sind, bleibt die Zeitabweichung der Station
im Netz bei +/–D.
Das vorherige Beispiel wieder aufgreifend, wenn die Takte synchronisiert
sind und nicht abweichen, wird die Zeit durch das vorgeschlagene
Verfahren nicht abweichen. Dieses Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens
ist wichtig, da es notwendig ist, die Maximalabweichungen unter
den isolierten Stationen oder isolierten Netzteilen einschätzen zu
können,
um sie so schnell wie möglich wieder
neu synchronisieren zu können.
In dem Fall, dass zwei Stationen, die weiter kommunizieren, während weniger
als X Minuten isoliert bleiben, wenn das System eine Abweichung
von X Minuten ohne Synchronisation für eine Station toleriert, kehren
die Stationen ohne besonderes Verfahren natürlich wieder in das Netz zurück.
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Die
oben mit Bezug auf die Stationen beschriebenen Schritte können, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen, auf eine Gruppe von Stationen
angewandt werden. Wenn eine Gruppe von Netzen vorliegt, wird eine
Synchronisation dieses Netzes erhalten, indem das Netz A auf das
Netz B ausgerichtet wird, wenn sich das Letztere im Vorsprung befindet.
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Zur
Veranschaulichung des Grundsatzes durch eine Anwendung im Alltag
wird eine Versammlung angenommen, bei der jeder Teilnehmer über seine
Zeit verfügt
und möchte,
dass jeder andere Teilnehmer ebenfalls über seine Zeit verfügt. Jeder
bewegt sich und vergleicht seine Zeit und passt sie an die Zeit
an, die sich im Vorsprung befindet. Schließlich wird natürlich jeder über dieselbe
Zeit verfügen.
Die Anpassung der Verzugszeit gestattet beispielsweise keine Konvergenz,
wenn die Verbreitungszeiten mehr als vernachlässigbar sind, auch wenn die
Takte nicht abweichen.
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Feinsynchronisation
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Das
Verfahren ermöglicht
auch eine Korrektur der Verbreitungszeiten. Diese mit dem Ausdruck
Feinsynchronisation bezeichnete Variante, die in 3 gezeigt
wird, verwendet zur Korrektur der Verbreitungszeiten zwischen zwei
Stationen insbesondere ein Vor/Zurückmaß. Die Verbindungen der Feinsynchronisation werden
in der Figur mit gestrichelten Linien gezeigt.
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Dazu
umfasst das Verfahren beispielsweise die folgenden herkömmlichen
Schritte:
Station A misst den Ankunftsabstand T1 der
Nachrichten mit B, wie vorher beschrieben, und B führt dasselbe durch,
indem sie den Ankunftsabstand T2 mit den
Nachrichten von A misst. Die Stationen tauschen diese Abstände aus: T1 = ΔH + δ T2 = –ΔH + δwobei ΔH den Fehlern
der Takte in den Stationen entspricht und δ der Verbreitungszeit zwischen
den beiden Stationen.
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Das
vorgeschlagene Verfahren weist insbesondere die beiden folgenden
Merkmale auf:
- – es fordert in den Austauschen
zwischen den Stationen keinerlei Synchronität (außer einem mit der Abweichung
und der angestrebten Genauigkeit hinlänglich kompatiblen Rhythmus),
- – es
gestattet die Begrenzung der Anzahl von Nachbarn, mit denen eine
Station sich fein synchronisieren muss, ohne jedoch ein striktes
Schema dieses Synchronisationsgraphen aufzuerlegen, welches einfach
die Konnekti vität
des Netzes aufrechterhalten muss.
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Dazu
umfasst jede Station eine Tabelle, die das Speichern der Synchronisationsauswertungen
(Korrekturtabelle), die in der Station erfolgen, gestattet.
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Bei
der Feinsynchronisation berechnet die Vorrichtung Co der Station
A den Abstand T1 = T'°a – T°a, den Abstand
zwischen der Sendezeit von B und der Empfangszeit einer ersten Nachricht,
die bei T°a
von A empfangen wurde und bei T°'a von B gesendet
wurde. T1 wird (mit der Korrekturtabelle)
um die Taktkorrekturen, die seit der Empfangszeit T°a und dem
Sendezeitpunkt T'a
einer neuen Nachricht von A nach B in der Station A vorgenommen
wurden, korrigiert, um ΔT°' = T1-Korrekturen
zu erhalten. Der Sendezeitpunkt T'a der neuen Nachricht und der Abstand ΔT°' werden (mit T'°a) zu der betreffenden entfernten
Station gesendet.
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Die
Vorrichtung Co der Station B, die zum Zeitpunkt Ta (Empfangszeit
der neuen Nachricht) die Werte ΔT°', T'°a und Ta der entfernten Station
A empfängt,
korrigiert ΔT°' um die zwischen
T'°a und Ta
gemachten Korrekturen, um ΔT3 zu erhalten, und misst ΔT2 =
T'a – Ta als
Abstand zwischen T'a
und Ta. Wenn ΔT2 – ΔT3 größer als
ein Wert τ' ist, wobei τ' beispielsweise gegen
0 tendiert, legt die Vorrichtung Co eine Korrektur an, wobei ΔT2 – ΔT3 das Doppelte des Vorsprungs der entfernten
Station, korrigiert um die Verbreitungszeiten, misst.
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Das
verwendete Prinzip ist somit in diesem Sinne ähnlich der vorher beschriebenen
groben Synchronisation und jede Station nimmt die Zeit an, die unter
ihren Nachbarn am weitesten vorne liegt. Hier ist die Kenntnis der
Zeit der Nachbarn aufgrund der Korrektur der Verbreitungszeiten
jedoch genauer.
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Das
vorgeschlagene Verfahren zur Feinsynchronisation ist somit zu der
groben Synchronisation insofern kompatibel, als eine Station mit
grober Synchronisation die Stationen mit feiner Synchronisation
nicht stören
wird. Eine grobe Synchronisation kann nur dann eine Modifikation
hervorrufen, wenn ihr Takt vorne liegt und somit wirkt sie im selben
Sinne, wie die Feinsynchronisation.
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Da
die Synchronisation zwischen den Stationen erfolgt, ist es nicht
notwendig, das Verfahren zwischen allen Verbindungen ablaufen zu
lassen oder eine feste Struktur, wie einen Synchronisationsbau,
zu verwenden. Es reicht aus, dass alle zur Feinsynchronisation geführten Verbindungen
alle Knoten des Netzes auf verbundene Weise durchlaufen, wie in
der in 3 gezeigten Struktur.
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4 zeigt
schematisch ein Beispiel für
eine Feinsynchronisation, die auf eine Hierarchiearchitektur angewendet
ist. Die Feinsynchronisation (die Verbindungen werden in der Figur
gepunktet gezeigt) kann zwischen Clusterchefs CCi und der Mitgliedstation
SCi des Clusters und zwischen Clusterchefs angewendet werden und
schließt
Doppelgateways GDi ein.
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Es
sei außerdem
darauf hingewiesen, dass zwei Teile des Netzes, die anfänglich untereinander
nicht verbunden sind, und eine Feinsynchronisation wie gezeigt durchlaufen,
automatisch einen Synchronisationsgraphen bilden und eine einzige
Synchronisationsverbindung zwischen sich einrichten, ohne dass es
notwendig ist, die bestehenden Synchronisationsgraphen zu verändern.
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Die
Abweichung der Netze hängt
nur von der Abweichung der Takte ab, die Rekonfigurationszeiten, die
allgemein von dem Abstand der Takte des Netzes abhängen, werden
von diesen Abweichungen begrenzt. Die Phasen der Konnektivitätsunterbrechung
führen
nicht zu einer unkontrollierten Abweichung und sind daher weni ger
kritisch.
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Berücksichtigung der Station mit
Stillfunk
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Das
Verfahren kann auch auf Netze angewandt werden, die Stationen mit
Stillfunk enthalten, das heißt Stationen,
die empfangen, aber nicht senden können.
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Eine
Station mit Stillfunk übernimmt
die Zeit, die von einer benachbarten Station empfangen wird, ohne zu
berücksichtigen,
ob sich die Station im Vorsprung oder im Verzug befindet.
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Bei
einer Fraktionierung des Netzes und einer relativen Abweichung der
verbundenen Teile des Netzes begrenzt das Verfahren die Synchronisation
nur, wenn sich die empfangene Zeit nicht zu sehr im Verzug zur lokalen
Zeit befindet. Dies ermöglicht
es der Station, mit dem Netz, das sich am weitesten im Vorsprung befindet,
synchronisiert zu bleiben. Der Schwellwert wird beispielsweise in
Abhängigkeit
von der Abweichung der Takte und der Verbreitungszeiten des Systems
ausgewählt,
dabei werden die Stationen berücksichtigt,
die mit Zeitbezügen
außerhalb
des Bezugs versehen sind.
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Es
ist wünschenswert,
dass eine Gruppe von untereinander verbundenen Stationen, von denen
einige über
einen externen Bezug verfügen,
beispielsweise die Stationen, die auf ein GPS synchronisiert sind,
auf diese Bezugszeit synchronisiert bleiben, und dass die Stationsgruppe
auch auf diese Zeit synchronisiert ist. Neben der in bestimmten
Stationen vorhandenen Bezugszeit sind alle Stationen mit einem Zeitzähler versehen (interner
Takt), der von einem Treiber unterhalten wird, welcher beispielsweise
regelmäßig Takte
sendet. Das Verfahren umfasst also die folgenden Schritte:
Wie
oben verfügen
die Stationen über
einen internen Takt. Ein Treiber unterhält diesen Takt mit einer bestimmten
Genauigkeit von +/A. Dieser Takt wird bei jedem Nachrichtenempfang
von den Nachrichten vorgestellt und manchmal zurückgestellt, um die Verbreitungszeiten
zu korrigieren, wie zuvor für
die Grob- oder Feinsynchronisation
angegeben. Der externe Referenztakt der Station erscheint wie eine
besondere Einstellungsnachricht und folgt denselben Kriterien wie
eine Nachricht von einer benachbarten Station.
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Um
die Einstellung auf diese externe Zeit zu forcieren, ist der interne
Treiber dazu ausgelegt, zu einer natürlichen Verzögerung des
internen Takts zu führen.
Unter diesen Umständen
befinden sich die Stationen, die über eine Bezugszeit verfügen, natürlich im
Vorsprung gegenüber
den Stationen, die nicht über
eine Bezugszeit verfügen
und die Bezugszeit verbreitet sich in dem Netz natürlich, ohne
dass eine Signalgebung erforderlich wäre.
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Unter
Berücksichtigung,
dass die interne Zeit auf den Takten des internen Treibers beruht,
unterdrückt das
Verfahren beispielsweise von Zeit zu Zeit einen Takt, wenn die Abweichung
beispielsweise von 0/-2A
statt +A/–A
beträgt.
Die Modifikation der Sendung der Takte hängt beispielsweise von der
Struktur des Treibers ab.
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Dieses
Verfahren kann auch auf die Fein- oder Grobsynchronisation angewendet
werden.
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Netzfusion
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren
die Lösung
des Problems der Synchronisation in Teilen des Netzes.
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Es
ermöglicht
den automatischen Unterhalt einer gemeinsamen Zeit trotz Topologieänderungen
eines Net zes. Es ist oben angezeigt worden, wie die Teile des Netzes,
die über
eine externe Bezugszeit verfügen, beispielsweise
eine GPS-Zeit- sich natürlich
auf diese Zeit synchronisieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt keine Hypothese über
die Natur der Kommunikationsmittel, die die Stationen verbinden,
an. Es kann sich um homogene Verbindungen in einer Frequenzbandbreite
oder unterschiedliche Mittel handeln und das Verfahren ermöglicht den
Erhalt einer genauen gemeinsamen Zeit.
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Die
einzige Hypothese besteht darin, dass die Stationen miteinander
kommunizieren können.
Diese Umsetzung wird jedoch oft eingesetzt, um den Stationen zu
gestatten, über
ein gegebenes Kommunikationsmittel zu kommunizieren, beispielsweise
handelt es sich bei dem Kommunikationsmittel um ein TDMA-(Time division
multiple access)-Netz mit Frequenzentweichung oder EVF.
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Diese
Kommunikationssysteme verfügen über interne
Verfahren zur Erfassung von Stationen, die nicht mit ausreichender
Genauigkeit synchronisiert sind, und ermöglichen somit die Umsetzung
des angegebenen Verfahrens. Eine Station, die auf diese Weise entsynchronisierte
benachbarte Teile sucht, muss dieser Aufgabe jedoch einen Teil ihrer
Ressourcen widmen, welche dann nicht für nützlichen Austausch zur Verfügung stehen.
Diese Verfahren, die keinen Teil der Erfindung bilden, führen zu
einem Verbrauch der Systemkapazität und verschlechtern den Traffic.
Je geringer die für
diese Erfassung verwendete Kapazität, desto länger die Zeit zur Neusynchronisierung.
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Es
versteht sich, dass die getrennten Teile eines Netzes, vorausgesetzt,
dass jeder Teil über
eine externe Bezugszeit verfügt,
untereinander synchronisiert bleiben, auch wenn unter den Teilen
jeder Austausch aufhört.
Wenn im Gegensatz dazu ein verbundener Teil des Netzes keine Station
aufweist, die über
diese externe Zeit verfügt,
wird die Netzzeit dieses Teils bezüglich der anderen Teile abweichen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Begrenzung des Kapazitätsverlusts
in Netzen, die über
einen externen Zeitbezug verfügen,
sowie die Konzentration der Kapazität auf solche, die nicht über einen externen
Zeitbezug verfügen.
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Gemäß den Grundsätzen der
Synchronisation nach vorne und dem vorgeschlagenen Verfahren müssen Netze
mit einem externen Zeitbezug sich niemals synchronisieren. Somit
kann die Suche auf Nachbarnetzen, die nicht über diesen Zeitbezug verfügen, eingeschränkt werden.
Der Ressourcenverbrauch für
diese Funktion wird auf die als gestört betrachtete Situationen
oder auf Initialisierungsphasen beschränkt. Zur Umsetzung dieser Funktion
müssen
die Stationen des Netzes jedoch wissen, dass sie nicht über den
externen Bezug in dem Netz verfügen.
Das verlang ein Minimum an Signalgebung und kann zu nicht zu vernachlässigenden
Verzögerungen
führen,
aber die Verbreitungszeit dieser Signalgebung ist nicht kritisch,
da sie nicht mit der im Übrigen
durch das vorgeschlagene Verfahren gesicherten Synchronisation verbunden
ist. Die Situation unterscheidet sich sehr von einer Leiterstation,
bei der der Verlust beinahe ohne Synchronisationsverlust schnell
entdeckt werden muss.
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Ein
weitere Aspekt besteht darin, dass das Verfahren natürlich eine
gewisse Immunität
gegenüber Wiederholungen
der Synchronisation aufweist. Eine Wiederholung ist naturgemäß eine Verzögerung und
kann unter Berücksichtigung
des Verfahrens das Netz, wo sie erneut gesendet wird, nicht stören. In
einem Nachbarnetz hat sie, wenn Letzteres sich im Verzug befindet,
keine Konsequenz, aber trägt
zur Synchronisierung des Systems bei, da das Verfahren nach Netzen
mit Vorsprung sucht.
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Das
Verfahren kann auch in einem angegliederten Netz verwendet werden,
welches zur Synchronisation des Hauptnetzes dient, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen. Auch wenn es grundsätzlich auf Netze anwendbar
ist, in denen die Stationen eine ähnliche Rolle spielen, erstreckt
es sich natürlich
auf nicht homogene Netze oder Netzgruppen.
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Die
Sendemittel können
gegebenenfalls erfordern, dass die Stationen synchronisiert sind,
damit der Austausch stattfinden kann. In diesem Fall ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren
den Erhalt dieser Synchronisation.
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Das
Verfahren ist auch in der Phase des Erwerbs der Initialisierungssynchronisation
anwendbar, welche von dem verwendeten Sendemittel abhängt. Schlüssel
zu den Figuren
| Figur
1 | |
| Emission
des messages | Nachrichtensendung |
| Réception
des messages | Nachrichtenempfang |
| Mesure
T'a heure arivée Contrôle Ta émission | Ankunftszeit
T'a messen Sendezeit
Ta steuern |
| Message
recu (synchro fine) | Empfangene
Nachricht (Feinsynchr.) |
| Message
recu | Empfangene
Nachricht |
| Heure émission
T'a | Sendezeit
T'a |
| Extraction
des donnés | Datenextraktion |
| Historique
de correction | Verlauf
der Korrekturen |
| HORLOGE
Interne H | Interner
TAKT H |
| HORLOGE
de référence
(Option) | Bezugstakt
(optional) |
| Contrôle de retard | Steuerung
der Verzögerung |
| Pilote | Treiber |