CN102118211A

CN102118211A - 用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法

Info

Publication number: CN102118211A
Application number: CN2011100258753A
Authority: CN
Inventors: 张冰; 刘长明; 张奭; 张平平; 黄粉; 王敏超; 王焜; 胡广; 王卫江
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-07-06

Abstract

本发明公开了一种用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法，主要解决点到多点网络现有技术的定时同步开销大，往返时延测量方法复杂的问题。其实现步骤是：中心站点周期性发送无时间戳的定时与同步帧D；从属站点以收到D帧的时刻为基准，在约定的偏移时刻发送往返时延测量帧U；中心站点收到U帧后通过U帧到达时刻的偏移值与约定偏移值之差得出往返时延；中心站点以本地发送D帧时刻为基准，用相对于基准的偏移值表示信道规划信息，并进行时延补偿处理；从属站点收到信道规划信息后，按中心站点指定的偏移时刻访问信道。本发明具有定时与同步开销小，往返时延测量简单的优点，可用于共享媒质的点到多点接入网和局域网领域。

Description

用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种定时与同步方法，具体涉及一种用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法，可用于基于共享媒质统计时分复用技术的点到多点局域网和接入网领域。

背景技术

统计时分复用STDM是一种常用的信道复用技术，在这种技术中，信道被以时分的方式划分并在多个用户间动态共享。这种技术根据用户的实际需要动态分配信道资源，当某个用户有数据要传输时，则为该用户分配信道资源；当用户暂停数据传输时，则不为该用户分配信道资源，此时信道的传输能力可以被其他用户使用，从而具有较高的信道利用率。

这一技术广泛应用在基于共享媒质的局域网和接入网中，其常见形式是一个有中心的点到多点网络。在这种网络中，存在一个中心站点统一分配信道资源，除中心站点之外的其它站点称为从属站点，当从属站点有数据要传输时，首先要由中心站点为其分配信道资源，典型的方式是由从属站点向中心站点发出请求，然后中心站点进行准许分配，或者中心站点规划一段时间由多个站点以竞争的方式来共享这段信道资源，从属站点必须严格按照中心站点指定的时间接入信道。

上述由中心站点基于统计时分复用技术分配信道资源的方式实际上将信道划分成了连续且大小不一的时间段，各从属站点按中心站点指定的时间段有序使用信道资源。为了让上述基于统计时分复用技术的共享媒质系统正常工作，首先需要解决两个问题，一是定时的问题，即中心站点如何表示其划分的各个时间段在信道时间轴上的起止时刻；二是同步的问题，即从属站点的时钟要与中心站点的时钟建立同步，这样才能使中心站点和从属站点基于相同的时间基准接入信道。此外，在覆盖范围较大的接入网中，各从属站点到中心站点的距离差异较大导致各从属站点到中心站点之间的信号传播时延差异较大，这将导致不同从属站点与中心站点之间的同步程度不同，从而可能导致不同从属站点的信号发生碰撞，因此，还需要解决同步校正的问题，即消除信号传播时延对同步造成的影响。

上述共享媒质统计时分复用技术在实际使用中，一般是将信道划分成连续的数据传输周期，每个数据传输周期DTC由若干个时间段组成，每个时间段是一次数据传输机会。系统的定时与同步是由中心站点发布系统时间，典型的方式是周期性发布携带系统时间戳的信标帧，从属站点根据中心站点发布的系统时间来重置本地的计时器，从而建立各从属站点与中心站点之间的同步。各数据传输周期的起止时刻以系统时钟值表示，每个数据传输周期中的各时间段则以相对数据传输周期起点时刻的偏移值表示。上述现有共享媒质统计时分复用系统使用现有定时与同步方法的数据传输周期示意图如图1所示，其中B帧为中心站点以固定周期发布的Beacon帧，即信标帧，携带有系统时间戳值，当从属站点收到B帧时重置自己的本地时钟值，从而与中心站点建立时钟同步。每个数据传输周期DTC的信道分配由中心站点通过专门的信道规划帧发布，在信道规划帧中使用系统时间值来表示DTC的起止时刻以及DTC中每个传输时间段的起止时刻，每个时间段的起止时刻使用相对该DTC起始时刻的偏移值来表示。

为解决上文所述的同步校正问题，需测量中心站点和从属站点之间的往返时延。通常采用的测量往返时延的方法如图2所示，当从属站点收到中心站点发来的带有时间戳的测量帧时，重置本地时钟为收到的时间戳值，等待一段时间进行处理后返回一个带有本地当前时间戳的响应帧，当中心站点收到从属站点发来的响应帧时，将利用该帧中携带的时间戳值计算它与从属站点之间的往返时延。往返时延等于下行时延与上行时延之和，由图2可知往返时延RTT＝T_down+T_up＝T_响应-T_等待＝(t₂-t₀)-(t₁-t₀)＝t₂-t₁，即往返时延等于中心站点当前本地时钟值与所收到的响应帧中时间戳值的差值。按上述方法获得往返时延之后，中心站点调整从属站点的发送时刻以保证信号在中心站点期望的正确时间到达，从而避免碰撞。

上述的定时与同步方法依赖于中心站点发布的时间戳，数据传输周期的定时需要用系统时间表示，开销较大；往返时延的测量需要设计专门的流程，较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于避免上述已有技术中的不足，基于点到多点网络提出一种用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法，以减小系统的定时与同步开销，简化测量中心站点和从属站点之间往返时延的方法。

实现本发明目的的技术方案，包括如下步骤：

1)中心站点以固定周期长度或可变周期长度发送无时间戳的定时与同步帧D；

2)从属站点用本地收到无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为时间基准，在系统规定的偏移值对应的时刻发送无时间戳的往返时延测量帧U；

3)中心站点在收到无时间戳的往返时延测量帧U后，用本地发送无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为时间基准，用收到U帧的当前时刻对应的计数值减去步骤2)中发送U帧的系统规定的偏移值，得出中心站点与上述从属站点之间的往返时延；

4)中心站点以本地发送无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为时间基准进行信道规划，用相对于基准的偏移值表示信道规划信息，并使用步骤3)中得到的往返时延对偏移值进行时延补偿处理，再通过发送信道规划帧E发布信道规划信息；

5)从属站点在收到信道规划帧E时，用本地收到无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为时间基准，在信道规划帧E中偏移值指定的时刻进行数据收发。

所述的无时间戳的定时与同步帧D和无时间戳的往返时延测量帧U，根据需要进一步用于承载任何有用信息。

所述的“用相对于基准的偏移值表示信道规划信息”，是以本地发送无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为基准，用相对于基准的偏移值表示数据传输周期的起止时刻；以数据传输周期起始时刻作为基准，用相对于基准的偏移值表示该数据传输周期中各时间段的起止时刻。

所述的“时延补偿处理”，是指中心站点将从属站点收发数据的规划值减去中心站点与该从属站点之间的往返时延值。

本发明具有如下优点：

1)本发明由于采用基于无时间戳的定时与同步帧D建立系统同步，并以D的起始时刻作为时间基准，使用相对于基准的偏移值表示信道规划信息，因而可减小系统的定时与同步开销。

2)本发明由于从属站点是在相对于无时间戳的定时与同步帧D的固定偏移时刻发送无时间戳的往返时延测量帧U，中心站点只需根据U帧的到达时刻与规定的到达时刻之差即可得到中心站点与从属站点之间的往返时延，简化了往返时延的测量过程。

附图说明

图1是使用现有定时与同步方法的数据传输周期示意图；

图2是现有的往返时延测量方法示意图；

图3是使用本发明定时与同步方法的数据传输周期示意图；

图4是本发明的定时与同步方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容做进一步阐述。

在本实施例中，设网络环境是同轴电缆接入网，设无时间戳的定时与同步帧D以固定周期长度发送时，周期为64ms，以可变周期长度发送时，发送周期间隔最小为60ms最大为64ms，无时间戳的往返时延测量帧U的发送偏移时刻为32ms，系统的时钟计数器精度为20ns，采用时分双工和时分多址的接入技术，中心站点为各从属站点分配信道资源，统一调度各从属站点收发数据的时间。

参见图4，本实施例的实现步骤如下：

步骤1，中心站点发送无时间戳的定时与同步帧D，并在发送该D帧的时刻将本地时钟计数器清零。

中心站点发送无时间戳的定时与同步帧D的数据传输周期如图3所示，其中的D帧没有时间戳，D帧之间有多个数据传输周期DTC，每个DTC含有多个传输数据的时间段。中心站点发送无时间戳的定时与同步帧D有两种方式，一种是以固定周期间隔64ms发送，另一种是以最小间隔为60ms最大间隔为64ms的周期发送，每一种的发送方式在发送定时与同步帧D的时刻，都要将本地时钟计数器清零。

步骤2，从属站点在约定偏移时刻发送无时间戳的往返时延测量帧U。

从属站点在收到无时间戳的定时与同步帧D时，将本地时钟计数器清零，根据本实施例假设发送无时间戳的往返时延测量帧U的偏移时刻为32ms，换算成计数器值为32ms/20ns＝1600000，因此，从属站点在等到本地时钟计数器的值为1600000时，发送无时间戳的往返时延测量帧U。

步骤3，中心站点在收到U帧时计算往返时延值。

中心站点用收到U帧时刻的本地计数器值减去约定的发送U帧时刻的计数器值，得出与从属站点之间的往返时延。以中心站点在收到U帧时本地时钟计数器值为1600500为例，从步骤2可知系统约定的发送U帧的偏移时刻对应的计数器值为1600000，从而得出中心站点与从属站点之间的往返时延RTT＝(1600500-1600000)*20ns＝10us，该往返时延对应计数器的计数值为：1600500-1600000＝500。

步骤4，中心站点对从属站点各数据的收发时间进行规划，并进行时延补偿处理。

中心站点根据从属站点的资源需求情况对信道时间进行分配，即安排从属站点访问信道的时间，首先将数据传输周期的起止时刻用相对于本地D帧起始时刻的偏移值表示，再以数据传输周期起始时刻的偏移值为基准，将数据传输周期内从属站点访问信道的各时间段的起止时刻用相对于基准的偏移值表示；得出上述偏移值信息之后再进行时延补偿处理，即将偏移值减去往返时延对应的计数器值。以中心站点对两个D帧之间的某个数据传输周期T进行规划为例，以发送D帧的起始时刻为基准，假定数据传输周期T的起止时刻的偏移值分别为8ms和10ms，规划从属站点在数据传输周期T内发送数据P的起始偏移时刻为20us，发送数据P的结束偏移时刻为220us，即数据P对应的发送时间段长度为200us。

4a)计算出数据传输周期T起止时刻对应的计数器值，本实施例中T的起始时刻对应的计数值为8ms/20ns＝400000，终止时刻对应的计数值为10ms/20ns＝500000；以数据传输周期T起始时刻为基准，计算出在一个数据传输周期T内从属站点进行发送的各时间段的起止时刻对应的计数值，本实施例中从属站点发送数据P的时间段起始时刻对应的计数值为20us/20ns＝1000，该时间段终止时刻对应的计数值为220us/20ns＝11000；

4b)将从属站点发送时间段起止时刻对应的偏移值减去往返时延对应的计数值，得出时延补偿之后的时间段偏移值，本实施例中将从属站点发送数据P的时间段起始时刻的偏移值进行时延补偿之后的值为1000-500＝500，该时间段终止时刻的偏移值进行时延补偿之后的值为11000-500＝10500；

4c)将步骤4a)和4b)中规划偏移值信息封装到信道规划帧E中，E帧中含有以本地发送无时间戳的定时与同步帧D为基准，数据传输周期的起止偏移值时刻，以及以该数据传输周期起始时刻为基准，该数据传输周期中各时间段经过时延补偿之后的起止偏移值时刻；由于本实施例中两个D帧之间的间隔最大为64ms，其对应的计数值为3200000，因此本实施例中在信道规划帧E中最多需要22个二进制比特即可表示出上述规划偏移值信息。

步骤5，从属站点在收到信道规划帧E后，按指定的时刻访问信道。

5a)根据E帧中的偏移值信息计算数据传输周期内各时间段发送起止时刻对应的计数器值，发送起始时刻的计数值为数据传输周期起始时刻的偏移值与数据传输周期内各发送时间段的起始时刻偏移值之和，发送结束时刻的计数值为数据传输周期起始时刻的偏移值与数据传输周期内各发送时间段结束时刻偏移值之和；本实施例中从属站点发送数据P的起始时刻对应的计数值为400000+500＝400500，发送结束时刻对应的计数值为400000+10500＝410500；

5b)从属站点按步骤5a)中得到的计数器值访问信道，本实施例中从属站点在其计数器值为400500时开始发送数据P，在其计数器值为410500时结束发送数据P。

在本实施例中，上述D帧和U帧除用于定时与同步外，可根据系统需要进一步承载任何有用信息，比如将D帧和U帧用于承载信道训练信息。

以上仅为本发明的一个优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然根据本发明的构思本领域的技术人员均可作出不同的修改和置换，但这些均在本发明的保护之列。

Claims

1.一种用于共享媒质统计时分复用系统的定时与同步方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1中所述的定时与同步方法，其中无时间戳的定时与同步帧D和无时间戳的往返时延测量帧U，根据需要进一步用于承载任何有用信息。

3.如权利要求1中所述的定时与同步方法，其中步骤4)所述的“用相对于基准的偏移值表示信道规划信息”，是以本地发送无时间戳的定时与同步帧D的时刻作为基准，用相对于基准的偏移值表示数据传输周期的起止时刻；以数据传输周期起始时刻作为基准，用相对于基准的偏移值表示该数据传输周期中各时间段的起止时刻。

4.如权利要求1中所述的定时与同步方法，其中步骤4)所述的“时延补偿处理”，是指中心站点将从属站点收发数据的规划值减去中心站点与该从属站点之间的往返时延值。