專利名稱：用于共享媒質統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)的定時與同步方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及一種定時與同步方法，具體涉及一種用于共享媒 質統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)的定時與同步方法，可用于基于共享媒質統(tǒng)計時分復用技術的點到多 點局域網和接入網領域。
背景技術：
統(tǒng)計時分復用STDM是一種常用的信道復用技術，在這種技術中，信道被以時分的 方式劃分并在多個用戶間動態(tài)共享。這種技術根據用戶的實際需要動態(tài)分配信道資源，當 某個用戶有數據要傳輸時，則為該用戶分配信道資源；當用戶暫停數據傳輸時，則不為該用 戶分配信道資源，此時信道的傳輸能力可以被其他用戶使用，從而具有較高的信道利用率。這一技術廣泛應用在基于共享媒質的局域網和接入網中，其常見形式是一個有中 心的點到多點網絡。在這種網絡中，存在一個中心站點統(tǒng)一分配信道資源，除中心站點之外 的其它站點稱為從屬站點，當從屬站點有數據要傳輸時，首先要由中心站點為其分配信道 資源，典型的方式是由從屬站點向中心站點發(fā)出請求，然后中心站點進行準許分配，或者中 心站點規(guī)劃一段時間由多個站點以競爭的方式來共享這段信道資源，從屬站點必須嚴格按 照中心站點指定的時間接入信道。上述由中心站點基于統(tǒng)計時分復用技術分配信道資源的方式實際上將信道劃分 成了連續(xù)且大小不一的時間段，各從屬站點按中心站點指定的時間段有序使用信道資源。 為了讓上述基于統(tǒng)計時分復用技術的共享媒質系統(tǒng)正常工作，首先需要解決兩個問題，一 是定時的問題，即中心站點如何表示其劃分的各個時間段在信道時間軸上的起止時刻；二 是同步的問題，即從屬站點的時鐘要與中心站點的時鐘建立同步，這樣才能使中心站點和 從屬站點基于相同的時間基準接入信道。此外，在覆蓋范圍較大的接入網中，各從屬站點到 中心站點的距離差異較大導致各從屬站點到中心站點之間的信號傳播時延差異較大，這將 導致不同從屬站點與中心站點之間的同步程度不同，從而可能導致不同從屬站點的信號發(fā) 生碰撞，因此，還需要解決同步校正的問題，即消除信號傳播時延對同步造成的影響。上述共享媒質統(tǒng)計時分復用技術在實際使用中，一般是將信道劃分成連續(xù)的數據 傳輸周期，每個數據傳輸周期DTC由若干個時間段組成，每個時間段是一次數據傳輸機會。 系統(tǒng)的定時與同步是由中心站點發(fā)布系統(tǒng)時間，典型的方式是周期性發(fā)布攜帶系統(tǒng)時間戳 的信標幀，從屬站點根據中心站點發(fā)布的系統(tǒng)時間來重置本地的計時器，從而建立各從屬 站點與中心站點之間的同步。各數據傳輸周期的起止時刻以系統(tǒng)時鐘值表示，每個數據傳 輸周期中的各時間段則以相對數據傳輸周期起點時刻的偏移值表示。上述現有共享媒質統(tǒng) 計時分復用系統(tǒng)使用現有定時與同步方法的數據傳輸周期示意圖如圖1所示，其中B幀為 中心站點以固定周期發(fā)布的Beacon幀，即信標幀，攜帶有系統(tǒng)時間戳值，當從屬站點收到 B幀時重置自己的本地時鐘值，從而與中心站點建立時鐘同步。每個數據傳輸周期DTC的 信道分配由中心站點通過專門的信道規(guī)劃幀發(fā)布，在信道規(guī)劃幀中使用系統(tǒng)時間值來表示 DTC的起止時刻以及DTC中每個傳輸時間段的起止時刻，每個時間段的起止時刻使用相對該DTC起始時刻的偏移值來表示。為解決上文所述的同步校正問題，需測量中心站點和從屬站點之間的往返時延。 通常采用的測量往返時延的方法如圖2所示，當從屬站點收到中心站點發(fā)來的帶有時間戳 的測量幀時，重置本地時鐘為收到的時間戳值，等待一段時間進行處理后返回一個帶有本 地當前時間戳的響應幀，當中心站點收到從屬站點發(fā)來的響應幀時，將利用該幀中攜帶的 時間戳值計算它與從屬站點之間的往返時延。往返時延等于下行時延與上行時延之和，由 圖2可知往返時延RTT = Td_+Tup = T響應-T等待=(Vt0Htft0) = t2-ti;即往返時延等于 中心站點當前本地時鐘值與所收到的響應幀中時間戳值的差值。按上述方法獲得往返時延 之后，中心站點調整從屬站點的發(fā)送時刻以保證信號在中心站點期望的正確時間到達，從 而避免碰撞。上述的定時與同步方法依賴于中心站點發(fā)布的時間戳，數據傳輸周期的定時需要 用系統(tǒng)時間表示，開銷較大；往返時延的測量需要設計專門的流程，較為復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免上述已有技術中的不足，基于點到多點網絡提出一種用于 共享媒質統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)的定時與同步方法，以減小系統(tǒng)的定時與同步開銷，簡化測量 中心站點和從屬站點之間往返時延的方法。實現本發(fā)明目的的技術方案，包括如下步驟1)中心站點以固定周期長度或可變周期長度發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D ；2)從屬站點用本地收到無時間戳的定時與同步幀D的時刻作為時間基準，在系統(tǒng) 規(guī)定的偏移值對應的時刻發(fā)送無時間戳的往返時延測量幀U ；3)中心站點在收到無時間戳的往返時延測量幀U后，用本地發(fā)送無時間戳的定時 與同步幀D的時刻作為時間基準，用收到U幀的當前時刻對應的計數值減去步驟2)中發(fā)送 U幀的系統(tǒng)規(guī)定的偏移值，得出中心站點與上述從屬站點之間的往返時延；4)中心站點以本地發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D的時刻作為時間基準進行信 道規(guī)劃，用相對于基準的偏移值表示信道規(guī)劃信息，并使用步驟幻中得到的往返時延對偏 移值進行時延補償處理，再通過發(fā)送信道規(guī)劃幀E發(fā)布信道規(guī)劃信息；5)從屬站點在收到信道規(guī)劃幀E時，用本地收到無時間戳的定時與同步幀D的時 刻作為時間基準，在信道規(guī)劃幀E中偏移值指定的時刻進行數據收發(fā)。所述的無時間戳的定時與同步幀D和無時間戳的往返時延測量幀U，根據需要進 一步用于承載任何有用信息。所述的“用相對于基準的偏移值表示信道規(guī)劃信息”，是以本地發(fā)送無時間戳的定 時與同步幀D的時刻作為基準，用相對于基準的偏移值表示數據傳輸周期的起止時刻；以 數據傳輸周期起始時刻作為基準，用相對于基準的偏移值表示該數據傳輸周期中各時間段 的起止時刻。所述的“時延補償處理”，是指中心站點將從屬站點收發(fā)數據的規(guī)劃值減去中心站 點與該從屬站點之間的往返時延值。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明由于采用基于無時間戳的定時與同步幀D建立系統(tǒng)同步，并以D的起始時刻作為時間基準，使用相對于基準的偏移值表示信道規(guī)劃信息，因而可減小系統(tǒng)的定時 與同步開銷。2)本發(fā)明由于從屬站點是在相對于無時間戳的定時與同步幀D的固定偏移時刻 發(fā)送無時間戳的往返時延測量幀U,中心站點只需根據U幀的到達時刻與規(guī)定的到達時刻 之差即可得到中心站點與從屬站點之間的往返時延，簡化了往返時延的測量過程。


圖1是使用現有定時與同步方法的數據傳輸周期示意圖；圖2是現有的往返時延測量方法示意圖；圖3是使用本發(fā)明定時與同步方法的數據傳輸周期示意圖；圖4是本發(fā)明的定時與同步方法示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的內容做進一步闡述。在本實施例中，設網絡環(huán)境是同軸電纜接入網，設無時間戳的定時與同步幀D以 固定周期長度發(fā)送時，周期為6%is，以可變周期長度發(fā)送時，發(fā)送周期間隔最小為60ms最 大為6%is，無時間戳的往返時延測量幀U的發(fā)送偏移時刻為3ans，系統(tǒng)的時鐘計數器精度 為20ns，采用時分雙工和時分多址的接入技術，中心站點為各從屬站點分配信道資源，統(tǒng)一 調度各從屬站點收發(fā)數據的時間。參見圖4，本實施例的實現步驟如下步驟1，中心站點發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D，并在發(fā)送該D幀的時刻將本地 時鐘計數器清零。中心站點發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D的數據傳輸周期如圖3所示，其中的D 幀沒有時間戳，D幀之間有多個數據傳輸周期DTC，每個DTC含有多個傳輸數據的時間段。 中心站點發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D有兩種方式，一種是以固定周期間隔Mms發(fā)送， 另一種是以最小間隔為60ms最大間隔為的周期發(fā)送，每一種的發(fā)送方式在發(fā)送定時 與同步幀D的時刻，都要將本地時鐘計數器清零。步驟2，從屬站點在約定偏移時刻發(fā)送無時間戳的往返時延測量幀U。從屬站點在收到無時間戳的定時與同步幀D時，將本地時鐘計數器清零，根據 本實施例假設發(fā)送無時間戳的往返時延測量幀U的偏移時刻為3&1S，換算成計數器值為 32ms/20ns = 1600000，因此，從屬站點在等到本地時鐘計數器的值為1600000時，發(fā)送無時 間戳的往返時延測量幀U。步驟3，中心站點在收到U幀時計算往返時延值。中心站點用收到U幀時刻的本地計數器值減去約定的發(fā)送U幀時刻的計數器值， 得出與從屬站點之間的往返時延。以中心站點在收到U幀時本地時鐘計數器值為1600500 為例，從步驟2可知系統(tǒng)約定的發(fā)送U幀的偏移時刻對應的計數器值為1600000，從而得出 中心站點與從屬站點之間的往返時延RTT = (1600500-1600000) *20ns = 10us，該往返時延 對應計數器的計數值為1600500-1600000 = 500。步驟4，中心站點對從屬站點各數據的收發(fā)時間進行規(guī)劃，并進行時延補償處理。
中心站點根據從屬站點的資源需求情況對信道時間進行分配，即安排從屬站點訪 問信道的時間，首先將數據傳輸周期的起止時刻用相對于本地D幀起始時刻的偏移值表 示，再以數據傳輸周期起始時刻的偏移值為基準，將數據傳輸周期內從屬站點訪問信道的 各時間段的起止時刻用相對于基準的偏移值表示；得出上述偏移值信息之后再進行時延補 償處理，即將偏移值減去往返時延對應的計數器值。以中心站點對兩個D幀之間的某個數 據傳輸周期T進行規(guī)劃為例，以發(fā)送D幀的起始時刻為基準，假定數據傳輸周期T的起止 時刻的偏移值分別為8ms和10ms，規(guī)劃從屬站點在數據傳輸周期T內發(fā)送數據P的起始偏 移時刻為20us，發(fā)送數據P的結束偏移時刻為220us，即數據P對應的發(fā)送時間段長度為 200uso4a)計算出數據傳輸周期T起止時刻對應的計數器值，本實施例中T的起始時刻對 應的計數值為8ms/20ns = 400000，終止時刻對應的計數值為10ms/20ns = 500000 ；以數據 傳輸周期T起始時刻為基準，計算出在一個數據傳輸周期T內從屬站點進行發(fā)送的各時間 段的起止時刻對應的計數值，本實施例中從屬站點發(fā)送數據P的時間段起始時刻對應的計 數值為20us/20ns = 1000，該時間段終止時刻對應的計數值為220us/20ns = 11000 ；4b)將從屬站點發(fā)送時間段起止時刻對應的偏移值減去往返時延對應的計數值， 得出時延補償之后的時間段偏移值，本實施例中將從屬站點發(fā)送數據P的時間段起始時刻 的偏移值進行時延補償之后的值為1000-500 = 500，該時間段終止時刻的偏移值進行時延 補償之后的值為11000-500 = 10500 ；4c)將步驟4a)和4b)中規(guī)劃偏移值信息封裝到信道規(guī)劃幀E中，E幀中含有以本 地發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D為基準，數據傳輸周期的起止偏移值時刻，以及以該數 據傳輸周期起始時刻為基準，該數據傳輸周期中各時間段經過時延補償之后的起止偏移值 時刻；由于本實施例中兩個D幀之間的間隔最大為6%is，其對應的計數值為3200000，因此 本實施例中在信道規(guī)劃幀E中最多需要22個二進制比特即可表示出上述規(guī)劃偏移值信息。步驟5，從屬站點在收到信道規(guī)劃幀E后，按指定的時刻訪問信道。5a)根據E幀中的偏移值信息計算數據傳輸周期內各時間段發(fā)送起止時刻對應 的計數器值，發(fā)送起始時刻的計數值為數據傳輸周期起始時刻的偏移值與數據傳輸周期內 各發(fā)送時間段的起始時刻偏移值之和，發(fā)送結束時刻的計數值為數據傳輸周期起始時刻的 偏移值與數據傳輸周期內各發(fā)送時間段結束時刻偏移值之和；本實施例中從屬站點發(fā)送 數據P的起始時刻對應的計數值為400000+500 = 400500，發(fā)送結束時刻對應的計數值為 400000+10500 = 410500 ；5b)從屬站點按步驟如)中得到的計數器值訪問信道，本實施例中從屬站點在其 計數器值為400500時開始發(fā)送數據P，在其計數器值為410500時結束發(fā)送數據P。在本實施例中，上述D幀和U幀除用于定時與同步外，可根據系統(tǒng)需要進一步承載 任何有用信息，比如將D幀和U幀用于承載信道訓練信息。以上僅為本發(fā)明的一個優(yōu)選實例，不構成對本發(fā)明的任何限制，顯然根據本發(fā)明 的構思本領域的技術人員均可作出不同的修改和置換，但這些均在本發(fā)明的保護之列。
權利要求
1.一種用于共享媒質統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)的定時與同步方法，包括如下步驟1)中心站點以固定周期長度或可變周期長度發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D；2)從屬站點用本地收到無時間戳的定時與同步幀D的時刻作為時間基準，在系統(tǒng)規(guī)定 的偏移值對應的時刻發(fā)送無時間戳的往返時延測量幀U ；3)中心站點在收到無時間戳的往返時延測量幀U后，用本地發(fā)送無時間戳的定時與同 步幀D的時刻作為時間基準，用收到U幀的當前時刻對應的計數值減去步驟2)中發(fā)送U幀 的系統(tǒng)規(guī)定的偏移值，得出中心站點與上述從屬站點之間的往返時延；4)中心站點以本地發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D的時刻作為時間基準進行信道規(guī) 劃，用相對于基準的偏移值表示信道規(guī)劃信息，并使用步驟幻中得到的往返時延對偏移值 進行時延補償處理，再通過發(fā)送信道規(guī)劃幀E發(fā)布信道規(guī)劃信息；5)從屬站點在收到信道規(guī)劃幀E時，用本地收到無時間戳的定時與同步幀D的時刻作 為時間基準，在信道規(guī)劃幀E中偏移值指定的時刻進行數據收發(fā)。
2.如權利要求1中所述的定時與同步方法，其中無時間戳的定時與同步幀D和無時間 戳的往返時延測量幀U，根據需要進一步用于承載任何有用信息。
3.如權利要求1中所述的定時與同步方法，其中步驟4)所述的“用相對于基準的偏移 值表示信道規(guī)劃信息”，是以本地發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D的時刻作為基準，用相對 于基準的偏移值表示數據傳輸周期的起止時刻；以數據傳輸周期起始時刻作為基準，用相 對于基準的偏移值表示該數據傳輸周期中各時間段的起止時刻。
4.如權利要求1中所述的定時與同步方法，其中步驟4)所述的“時延補償處理”，是指 中心站點將從屬站點收發(fā)數據的規(guī)劃值減去中心站點與該從屬站點之間的往返時延值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于共享媒質統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)的定時與同步方法，主要解決點到多點網絡現有技術的定時同步開銷大，往返時延測量方法復雜的問題。其實現步驟是中心站點周期性發(fā)送無時間戳的定時與同步幀D；從屬站點以收到D幀的時刻為基準，在約定的偏移時刻發(fā)送往返時延測量幀U；中心站點收到U幀后通過U幀到達時刻的偏移值與約定偏移值之差得出往返時延；中心站點以本地發(fā)送D幀時刻為基準，用相對于基準的偏移值表示信道規(guī)劃信息，并進行時延補償處理；從屬站點收到信道規(guī)劃信息后，按中心站點指定的偏移時刻訪問信道。本發(fā)明具有定時與同步開銷小，往返時延測量簡單的優(yōu)點，可用于共享媒質的點到多點接入網和局域網領域。
文檔編號H04J3/06GK102118211SQ20111002587
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者劉長明, 張冰, 張奭, 張平平, 王衛(wèi)江, 王敏超, 王焜, 胡廣, 黃粉 申請人:西安電子科技大學