Método de marca de tiempo inversa y nodo de red para recuperación de reloj.

Un método de recuperación de reloj de señal de Multiplexación por División de Tiempo en una red de paquetes,

que comprende:

a) recibir (102) por parte de un primer Borde de Proveedor (PE1) un mensaje de sincronización de unsegundo Borde de Proveedor (PE2), donde un contador en el citado primer Borde de Proveedor (PE1) esincrementado (104) a la recepción del mensaje de sincronización;

b) enviar (118) por parte del primer Borde de Proveedor (PE1) al segundo Borde de Proveedor (PE2) tráficode paquetes de Multiplexación por División de Tiempo, donde el contador es disminuido (120) al enviar unpaquete al segundo Borde de Proveedor (PE2);

c) comparar el contador con un valor de Umbral Superior (106);

d) incrementar una tasa de generación (116) de los paquetes de encapsulado si el contador está por encimadel citado Umbral Superior;

e) comparar el contador con un valor de Umbral Inferior (110); y

f) reducir la tasa de generación (116) de los paquetes de encapsulado si el contador está por debajo delcitado Umbral Inferior.

Método de marca de tiempo inversa y nodo de red para recuperación de reloj

Campo Técnico La presente invención se refiere a redes de telecomunicaciones que operan en Multiplexación por División de Tiempo, en general, y en particular a un método de recuperación de reloj de señales de Multiplexación por División de Tiempo transportadas sobre redes de paquete.

Antecedentes Entre los diferentes problemas que necesitan ser tenidos en cuenta en el despliegue de la Red de Siguiente Generación, la recuperación de reloj de las señales de Multiplexación por División de Tiempo (TDM – Time Division Multiplex, en inglés) transportadas sobre redes de paquete está sin ninguna duda en el número de los más cruciales y críticos. Debido a la naturaleza no síncrona de las redes de paquete actuales (por ejemplo, la Ethernet) , los diferentes métodos definidos hoy en día para recuperar la sincronización de los servicios de TDM muestran un número de límites de aplicaciones y de problemas de calidad de sincronización que deben ser tratados. En particular la variación del retardo de paquetes (PDV – Packet Delay Variation, en inglés) provocada por la red de paquetes tiene un gran impacto en la calidad del reloj recuperado en todos los métodos de recuperación de sincronización.

Las redes de TDM se basan en una distribución de sincronización jerárquica. Uno o más relojes de referencia primarios extremadamente precisos están en la parte superior de la jerarquía, y con sus características de precisión Stratum 1 son adecuados para proporcionar señales de sincronización de referencia a relojes secundarios con precisión Stratum 2. Los relojes secundarios son entonces adecuados para proporcionar sincronización de referencia a nodos de Stratum 3, implementando de esta manera la adecuada jerarquía de sincronización de tiempo necesaria para cumplir los requisitos de funcionamiento y disponibilidad de la red de telecomunicaciones. Este estricto esquema de distribución de sincronización está diseñado para limitar la fluctuación (jitter, en inglés) y la acumulación de divagación (wander, en inglés) con los consiguientes impactos negativos en términos de subflujo/desbordamiento y de errores y falta de disponibilidad de servicios correspondientes.

Cuando se emula el transporte de TDM la variación de retardo de paquetes (PDV – Packet Delay Variation, en inglés) introducida por la red de paquetes puede ser mitigada disponiendo los paquetes de TDM en una memoria temporal de fluctuación. El problema con este planteamiento es que la referencia de fuente de TDM de ingreso no está disponible en el lado de salida, y por lo tanto la tasa precisa que debe ser utilizada para datos de salida del reloj de la memoria temporal de fluctuación y el equipo de usuario final, no es conocida.

Loa métodos conocidos de recuperación de sincronización de fuente de TDM en este escenario incluyen métodos adaptativos, métodos diferenciales y métodos síncronos de red.

En el caso adaptativo los Bordes de Proveedor de ingreso y de salida no tienen acceso al reloj de la red, y el reloj de servicio es transportado de manera asíncrona sobre la red de paquetes conmutados (PSN – Packet Switched Network, en inglés) .

En los métodos diferencial y síncrono de red los Bordes de Proveedor de ingreso y de salida tienen acceso al reloj de la red y el reloj de servicio es transportado de manera asíncrona sobre a PSN en el primer caso y de manera síncrona con la PSN en el último. Los métodos síncrono de red y diferencial funcionan bien, pero plantean el problema de la distribución de la sincronización de referencia a todos los equipos finales.

Diferentes planteamientos para conseguir este objetivo incluyen el uso de arquitectura distribuida de reloj de referencia primario (PRC – Primar y Reference Clock, en inglés) , tal como se define en el estándar ITU-T G.811) tal como los relojes atómicos o los receptores de GPS (este planteamiento, no obstante, podría resultar muy costoso) o la distribución de sincronización maestra a los nodos finales.

Un esquema de distribución de sincronización maestra puede conseguirse utilizando una capa física síncrona (por ejemplo, la Capa Física de Ethernet síncrona, o la Jerarquía Digital Síncrona (SDH – Synchronous Digital Hierarchy, en inglés) , o por medio de nuevos métodos emergentes (por ejemplo, IEEE 1588, Network Time Protocol – NTP) .

Los métodos diferencial y adaptativo permiten la transparencia del reloj de servicio, mientras que en los escenarios síncronos de red el reloj de servicio no está preservado.

Cuando se requiere transparencia de sincronización y no está disponible ninguna referencia precisa en el nodo final la única alternativa es intentar el proceso de recuperación de reloj basándose exclusivamente en el tráfico de TDM emulado mediante circuitos (métodos adaptativos) . Estas clases de aplicaciones son muy frecuentes y por lo tanto es muy importante ser capaz de manejar los correspondientes problemas de sincronización.

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Haciendo referencia a los métodos adaptativos se comprende que la clase de técnicas utilizadas para recuperar el reloj se basan exclusivamente en el tráfico de emulación de circuitos de TDM. Esta operación es posible teniendo en cuenta que el dispositivo de TDM de fuente genera bits a una tasa de bits constante determinada por su reloj. Estos bits, no obstante, son recibidos en paquetes afectados por los efectos negativos descritos de variación de retardo de paquetes (PDV – Paquet Delay Variation, en inglés) . Como consecuencia, la tarea de recuperación de reloj resulta ser un proceso de filtrado y promediación para negar los efectos de la PDV y capturar la tasa media de flujo original.

Las soluciones de bucle enganchado en fase (PLL – Phase Locked Loop, en inglés) son ampliamente utilizadas para regenerar un reloj limpio capaz de aproximarse a la tasa de bits original lo más posible.

Dos métodos conocidos de recuperación de reloj emplean adaptar un reloj local (controlando el PLL local) que está basado en el nivel de la memoria temporal de fluctuación del receptor o en comparación con el tiempo de llegada de paquetes con el tiempo de llegada esperado.

Los principales problemas de los métodos basados en PLL adaptativos conocidos en el sector son el tiempo de convergencia requerido y la latencia que el tamaño de la memoria temporal de fluctuación (jitter, en inglés) implica. El tiempo de convergencia es una consecuencia del largo periodo de observación de la posición del nivel o de los tiempos de llegada de paquetes que el PLL necesita antes de engancharse al reloj de fuente. El problema de latencia es una consecuencia del tamaño de la memoria temporal de fluctuación, que tiene que ser suficientemente grande para manejar problemas de centrado (el nivel de la memoria temporal puede estar lejos de la posición central de la memoria temporal deseada) y reducir la consecuente probabilidad de subflujo/desbordamiento.

Hay documentos conocidos relacionados con la recuperación de reloj en las redes de paquetes, a saber, US2004/109519A1, US6400683B1 y Takazawa T et al.: “VBR video transmission with isochronous and asynchronous transfer mode over wireless 1394” Wireless Personal Multimedia Communications, 2002. El 5º Simposio Internacional, 27-30 de Octubre, 2002, Piscataway, NJ, USA, IEEE, vol. 3, 27 de Octubre de 2002 (200210-27) , páginas 1088-1092. No obstante, los dispositivos y operaciones como los de la invención que se describirán ahora no se explican ni se sugieren en estos documentos.

En conclusión, los métodos adaptativos conocidos en el sector muestran una fuerte dependencia del reloj regenerado en la variación del retardo de paquetes y el tiempo de convergencia y la latencia.

Compendio Es un objeto de la presente invención obviar al menos algunas de las desventajas anteriores y proporcionar un nodo para la red de comunicaciones adaptado para recuperar el reloj de las señales de Multiplexación por División de Tiempo, así como un método mejorado de recuperación de reloj de las señales de Multiplexación por División de Tiempo.

De acuerdo con esto, la invención busca preferiblemente mitigar, aliviar o eliminar una o más de las desventajas mencionadas anteriormente de manera independiente o en cualquier combinación.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método de recuperación de reloj de una señal de Multiplexación por División de Tiempo en una red de paquetes. Un primer nodo de red, también llamado en esta memoria un primer Borde de Proveedor, recibe un mensaje de sincronización desde un... [Seguir leyendo]

1. Un método de recuperación de reloj de señal de Multiplexación por División de Tiempo en una red de paquetes, que comprende:

a) recibir (102) por parte de un primer Borde de Proveedor (PE1) un mensaje de sincronización de un segundo Borde de Proveedor (PE2) , donde un contador en el citado primer Borde de Proveedor (PE1) es incrementado (104) a la recepción del mensaje de sincronización; b) enviar (118) por parte del primer Borde de Proveedor (PE1) al segundo Borde de Proveedor (PE2) tráfico de paquetes de Multiplexación por División de Tiempo, donde el contador es disminuido (120) al enviar un paquete al segundo Borde de Proveedor (PE2) ; c) comparar el contador con un valor de Umbral Superior (106) ; d) incrementar una tasa de generación (116) de los paquetes de encapsulado si el contador está por encima del citado Umbral Superior; e) comparar el contador con un valor de Umbral Inferior (110) ; y f) reducir la tasa de generación (116) de los paquetes de encapsulado si el contador está por debajo del citado Umbral Inferior.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tasa de generación de paquetes de encapsulado depende del tamaño de la carga útil encapsulada extraída de una memoria temporal de FIFO del primer Borde de Proveedor (PE1) , y si el contador aumenta por encima del Umbral Superior el primer Borde de Proveedor (PE1) reduce el tamaño de la carga útil (108) , y si el contador disminuye por debajo del Umbral Inferior del primer Borde de Proveedor (PE1) aumenta el tamaño de la carga útil (112) .

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, que comprende añadir a la información de justificación del paquete de encapsulado indicando cómo difiere el tamaño de la carga útil del paquete con respecto a un tamaño de carga útil por defecto.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la lectura por parte del primer Borde de Proveedor (PE1) de una marca de tiempo del mensaje de sincronización recibido, compararla con una marca de tiempo del mensaje de sincronización recibido previamente, calcular el tiempo entre estas dos marcas de tiempo y corregir el contador si el periodo de tiempo entre estas dos marcas de tiempo es mayor que el periodo de tiempo entre dos marcas de tiempo consecutivas.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el mensaje de sincronización comprende información acerca de una diferencia entre una dirección de escritura y una dirección de lectura de una memoria temporal de FIFO de entrada del segundo Borde de Proveedor (PE2) .

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que si se detecta en el primer Borde de Proveedor (PE1) que la diferencia entre la dirección de escritura y la dirección de lectura de la memoria temporal de FIFO de entrada

(502) del segundo Borde de Proveedor (PE2) es menor que un primer valor predefinido, el primer Borde de Proveedor (PE1) reduce el tamaño de la carga útil y aumenta el tamaño de la carga útil si la citada diferencia entre la dirección de escritura y la dirección de lectura es mayor que un segundo valor predefinido.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tamaño del paquete de encapsulado (402) es constante.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 – 7, en el que el paquete de encapsulado

(402) contiene información acerca de la justificación aplicada en todos los paquetes de encapsulado previos enviados desde el primer Borde de Proveedor (PE1) al segundo Borde de Proveedor (PE2) en la sesión de comunicación actual.

9. Un nodo de red de comunicaciones (PE1) adaptado para operar en Multiplexación por División de Tiempo, que comprende una unidad de elaboración de mensajes (302) para recibir mensajes de sincronización desde un segundo Borde de Proveedor (PE2) , una unidad de encapsulado de mensaje (306) adaptada para encapsular tráfico de Multiplexación de por División de Tiempo en paquetes (402) y para enviar estos paquetes de encapsulado al segundo Borde de Proveedor (PE2) , un contador (304) adaptado para ser incrementado a la recepción del mensaje de sincronización y disminuido al enviar el paquete de encapsulado, una primera unidad de comparación (308) adaptada para comparar el contador con un valor de Umbral Superior con un valor de Umbral Inferior, donde el nodo está adaptado para incrementar una tasa de generación de paquetes de encapsulado si el contador (304) está por encima del citado Umbral Superior o para reducir la tasa de generación de paquetes de encapsulado si el contador

(304) está por debajo del citado Umbral Inferior.

10. El nodo (PE1) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el nodo está adaptado para mantener la tasa de generación de paquetes de encapsulado sin cambios si el contador está entre el citado Umbral Inferior y el citado Umbral Superior.

11. El nodo (PE1) de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, que comprende una mensaje de FIFO (310) , en el que la tasa de generación de paquetes de encapsulado depende del tamaño de la carga útil encapsulada extraída de la citada memoria temporal de FIFO (310) y el nodo (PE1) está adaptado para reducir el tamaño de la carga útil si el contador (304) aumenta por encima del Umbral Superior y para aumentar el tamaño de la carga útil si el contador

(304) disminuye por debajo del Umbral Inferior.

12. El nodo (PE1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la unidad de encapsulado (306) está adaptada para añadir al paquete de encapsulado (402) una información de justificación indicando cómo difiere el tamaño de la carga útil del paquete con respecto al tamaño de la carga útil por defecto.

13. El nodo (PE1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la unidad de elaboración de mensajes (302) está adaptada para leer una marca de tiempo del mensaje de sincronización recibido y para compararla con una marca de tiempo del mensaje de sincronización recibido previamente, estando la unidad de elaboración de mensajes (302) también adaptada para calcular el periodo de tiempo entre estas dos marcas de tiempo y corregir el contador (304) si el periodo de tiempo entre estas dos marcas de tiempo es mayor que el periodo de tiempo entre dos marcas de tiempo consecutivas.

14. Una red de comunicaciones (200) operable en Multiplexación por División de Tiempo, que comprende al menos un primer Borde de Cliente (CE1) conectado a un primer Borde de Proveedor (PE1) , un segundo Borde de Cliente (CE2) conectado a un segundo Borde de Proveedor (PE2) , donde las conexiones entre los Bordes de Cliente (CE1, CE2) y los Bordes de Proveedor (PE1, PE2) operan en Multiplexación por División de Tiempo y el primer Borde de Proveedor (PE1) está adaptado para recibir un mensaje de sincronización desde el segundo Borde de Proveedor (PE2) , donde un contador (304) en el citado primer Borde de Proveedor (PE1) es incrementado a la recepción del mensaje de sincronización; estando el primer Borde de Proveedor también adaptado para enviar al segundo Borde de Proveedor (PE2) tráfico de paquetes de Multiplexación por División de Tiempo encapsulado, donde el contador

(304) es disminuido al enviar un paquete de encapsulado al segundo Borde de Proveedor (PE2) y para comparar el contador (304) con un valor de Umbral Superior y con un valor de Umbral Inferior, y para incrementar una tasa de generación de los paquetes de encapsulado si el contador (304) está por encima del citado Umbral Superior o para reducir la tasa de generación de paquetes de encapsulado si el contador (304) está por debajo del citado Umbral Inferior.

15. Un nodo de red de comunicaciones (PE2) adaptado para operar en Multiplexación por División de Tiempo, que comprende una unidad de generación de mensajes de sincronización (514) para enviar mensajes de sincronización a un primer nodo de red de comunicaciones (PE1) tal como se define en las reivindicaciones 9 – 13, un reloj (516) , un contador que corre con el citado reloj (516) y siendo el valor del contador añadido a los mensajes de sincronización en la citada unidad de generación de mensajes de sincronización (514) , una memoria temporal de FIFO de recepción (502) para recibir paquetes de encapsulado del primer nodo de red de comunicaciones (PE1) , un generador de direcciones 518 adaptado para generar direcciones de lectura de la memoria temporal de FIFO de recepción 502, un circuito de separación (506) conectado a la memoria temporal de FIFO de recepción (502) y a una segunda memoria temporal de FIFO (508) y el circuito de separación está adaptado para enviar bordes de reloj en posiciones de carga útil y de enmascaramiento distintas de los bordes de reloj, una unidad de Bucle Enganchado en Fase (Phase Locked Loop, en inglés) (512) adaptada para recuperar de la señal de reloj separada (510) una señal de reloj utilizada para sincronizar la carga útil encapsulada en los citados paquetes de encapsulado.